DE102019004411A1 - Use of an ultrasonic transmission medium for the ultrasonic treatment of an object and the device and method for ultrasonic treatment of an object with such an ultrasonic transmission medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, wobei eine Suspension aus einer Flüssigkeit und darin schwebenden Feststoffpartikeln verwendet wird, und die Suspension Feststoffpartikeln mit Durchmessern zwischen 500 nm und 10 µm enthält und die Beladungsdichte der Suspension zwischen 1.000 und 100.000 solcher Feststoffpartikeln pro Milliliter Flüssigkeit beträgt. Dies ermöglicht im Unterschied zu bisher verwendeten Ultraschallübertragungsmedien eine effektive Ultraschallbehandlung, insbesondere Entgratung von hochfesten Werkstoffen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung und ein erfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes mit einem solchen Ultraschallübertragungsmedium.The invention relates to the use of an ultrasonic transmission medium for the ultrasonic treatment of an object, a suspension of a liquid and solid particles suspended therein being used, and the suspension containing solid particles with diameters between 500 nm and 10 μm and the loading density of the suspension between 1,000 and 100,000 such solid particles per Milliliters of liquid. In contrast to previously used ultrasonic transmission media, this enables effective ultrasonic treatment, in particular deburring of high-strength materials. The invention also relates to a device and an experience for the ultrasonic treatment of an object with such an ultrasonic transmission medium.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes mit einem solchen Ultraschallübertragungsmedium. Derartige Ultraschallübertragungsmedien, Vorrichtungen und Verfahren sind z.B. bekannt aus der
Ultraschall wird auf viele Arten und zu unterschiedlichen Zwecken zur Behandlung von Gegenständen eingesetzt. Beispielsweise werden die Oberflächen von Gegenständen mittels eines Ultraschallübertragungsmediums mit Ultraschall beaufschlagt und dadurch gereinigt, insbesondere auch sterilisiert, geschnitten und/oder entgratet.Ultrasound is used to treat objects in many ways and for different purposes. For example, ultrasound is applied to the surfaces of objects by means of an ultrasound transmission medium and thereby cleaned, in particular also sterilized, cut and / or deburred.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ultraschallentgraten eines Gegenstandes sowie geeignete Ultraschallübertragungsmedien sind in der
Kavitation oder spontane Blasenbildung erfolgt, wenn lokal der Dampfdruck des Ultraschallübertragungsmedium unterschritten wird. Neben diesem geeigneten Umgebungsdruck benötigt die Kavitation, wie jeder andere Phasenwechsel auch, einen geeigneten Startpunkt, der meist als Kavitationskeim bezeichnet wird. Bei der Bildung von Kavitationskeimen wird unterschieden zwischen der sogenannten homogenen Keimbildung, bei der sich spontan ein dampfförmiger Keim aufgrund molekularer Prozesse in der Flüssigkeit bildet, und der sogenannten heterogenen Keimbildung, bei der sich die Dampfphase an bereits vorhandenen Störstellen wie Mikroblasen, Mikroöltropfen oder Feststoffpartikeln bilden.Cavitation or spontaneous bubble formation takes place when the vapor pressure of the ultrasonic transmission medium is locally undercut. In addition to this suitable ambient pressure, like every other phase change, cavitation requires a suitable starting point, which is usually referred to as the cavitation nucleus. When it comes to the formation of cavitation nuclei, a distinction is made between the so-called homogeneous nucleation, in which a vaporous nucleus forms spontaneously due to molecular processes in the liquid, and the so-called heterogeneous nucleation, in which the vapor phase forms at existing defects such as microbubbles, micro-oil droplets or solid particles .
In der
Wesentliche Kriterien für den Entgrateffekt der Vorrichtung nach der
Eine Entgratung hochfester Werkstoffe (mit einer Mindeststreckgrenze > 500 N /mm2) ist auf solche Art jedoch nicht ohne Weiteres möglich wie eigene Untersuchungen zeigten.Deburring high-strength materials (with a minimum yield point> 500 N / mm 2 ) is not possible in this way, as our own studies have shown.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes mit einem solchen Ultraschallübertragungsmedium anzugeben, welche das Anwendungsspektrum der Ultraschallbehandlungen auf weitere Werkstoffe, insbesondere hochfeste Werkstoffe, erweitern.It is therefore the object of the invention to provide a use of an ultrasonic transmission medium for ultrasonic treatment of an object, as well as a device and a method for ultrasonic treatment of an object with such an ultrasonic transmission medium, which expand the range of applications of ultrasonic treatments to other materials, in particular high-strength materials.
Die Aufgabe wird bezüglich der Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, insbesondere eines Gegenstandes aus einem hochfesten Werkstoff, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Ultraschallübertragungsmedium eine Suspension aus einer Flüssigkeit und darin schwebenden Feststoffpartikeln verwendet wird, und dass die Suspension Feststoffpartikeln mit Durchmessern zwischen 500 nm und 10 µm enthält und dass die Beladungsdichte der Suspension zwischen 1.000 und 100.000 solcher Feststoffpartikeln pro Milliliter Flüssigkeit beträgt.With regard to the use of an ultrasonic transmission medium for the ultrasonic treatment of an object, in particular an object made of a high-strength material, according to the invention, a suspension composed of a liquid and solid particles suspended in it is used as the ultrasonic transmission medium, and that the suspension of solid particles with diameters between 500 nm and 10 µm and that the loading density of the suspension is between 1,000 and 100,000 such solid particles per milliliter of liquid.
Eine solche erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums ermöglicht durch die Bereitstellung von Feststoffpartikeln in geeigneter Größe und Anzahl bei einer Ultraschallbehandlung nach dem Stand der Technik eine geeignete heterogene Bildung von Kavitationskeimen an den Phasengrenzflächen der Suspension, welche die Ultraschallbehandlung derart fördert, dass insbesondere bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden können. Ebenso wird die oberflächenreinigende Wirkung der Ultraschallbehandlung gefördert.Such a use according to the invention of an ultrasound transmission medium enables, by providing solid particles in a suitable size and number in an ultrasound treatment according to the prior art, a suitable heterogeneous formation of cavitation nuclei at the phase interfaces of the suspension, which promotes the ultrasound treatment in such a way that, in particular, high-strength materials that have not previously been deburred can now be deburred. The surface-cleaning effect of the ultrasonic treatment is also promoted.
Dabei sind die kleinsten Partikeln groß genug um eine effektive Keimbildung zu ermöglichen und die größten Partikeln klein genug um noch in der Flüssigkeit zu schweben und so eine ausreichende Stabilität der Suspension zu ermöglichen. Die Anzahl der Partikeln ist groß genug, damit eine ausreichende Anzahl von Kavitationsblasen für eine effektive Ultraschallbehandlung gebildet wird und die Anzahl der Partikeln ist klein genug, damit nicht zu viele Kavitationsblasen gebildet werden. Eigene Untersuchungen zeigten nämlich, dass die Effektivität der Ultraschallbehandlung nicht linear mit der Blasendichte ansteigt, sondern dass es ein Optimum gibt, oberhalb dessen sich die Kavitationsblasen gegenseitig beeinflussen und die Ultraschallbehandlung mit weiter steigender Blasendichte zunehmend stören.The smallest particles are large enough to enable effective nucleation and the largest particles are small enough to still float in the liquid and thus enable sufficient stability of the suspension. The number of particles is large enough that a sufficient number of cavitation bubbles are formed for effective ultrasonic treatment, and the number of particles is small enough that too many cavitation bubbles are not formed. Our own studies have shown that the effectiveness of the ultrasound treatment does not increase linearly with the bubble density, but that there is an optimum above which the cavitation bubbles influence each other and the ultrasound treatment increasingly interferes with the further increase in bubble density.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums, wenn die Feststoffpartikeln zu weniger als 100 mg Feststoff pro Liter Flüssigkeit in der Flüssigkeit löslich sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Suspension reproduzierbar hergestellt werden kann und unmittelbar verwendbar ist (ohne Lösungsvorgänge und die Einstellung eines Lösungsgleichgewichts abwarten zu müssen) sowie langzeitstabil ist.The use of an ultrasound transmission medium according to the invention proves to be particularly advantageous if the solid particles are soluble in the liquid to the extent of less than 100 mg of solid per liter of liquid. This ensures that the suspension can be produced in a reproducible manner and can be used immediately (without having to wait for dissolution processes and the establishment of a solution equilibrium) and is long-term stable.
Dabei ist zu beachten, dass die Löslichkeit eines Feststoffes in einer Flüssigkeit von diversen Parametern beeinflusst wird, zu denen insbesondere die Temperatur und der pH-Wert der Flüssigkeit zählen.It should be noted that the solubility of a solid in a liquid is influenced by various parameters, including in particular the temperature and the pH value of the liquid.
Als weiter vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums, wenn als Flüssigkeit Wasser, vorzugsweise Reinstwasser, verwendet wird und/oder Feststoffpartikeln aus einem Erdalkalimetall-Karbonat (insbesondere Kalziumkarbonat (CaCO3) oder Magnesiumkarbonat (MgCO3) aber auch Strontiumkarbonat (SrCO3) oder Bariumcarbonat (BaCO3)) oder auch aus Kalkseifen verwendet werden.The use of an ultrasonic transmission medium according to the invention proves to be further advantageous if water, preferably ultrapure water, is used as the liquid and / or solid particles made of an alkaline earth metal carbonate (in particular calcium carbonate (CaCO 3 ) or magnesium carbonate (MgCO 3 ) but also strontium carbonate (SrCO 3 ) or barium carbonate (BaCO 3 )) or from lime soaps.
Reinstwasser (gemäß der Definition des Europäischen Arzneibuches) enthält nahezu keine Verunreinigungen, insbesondere keine bakteriellen Endotoxine.Ultrapure water (according to the definition of the European Pharmacopoeia) contains almost no impurities, in particular no bacterial endotoxins.
Solche Feststoffpartikeln weisen in Wasser, insbesondere in Reinstwasser, bei üblichen Betriebsparametern einer Ultraschallbehandlung, insbesondere bei einer Temperatur des Ultraschallübertragungsmediums von 15°C und einem pH-Wert von 7, Löslichkeiten von weniger als 100 mg Feststoff pro Liter Flüssigkeit auf und zeigen daher die bereits vorstehend genannten Vorteile bei der Ultraschallbehandlung.Such solid particles have solubilities of less than 100 mg of solid per liter of liquid in water, especially in ultrapure water, with the usual operating parameters of an ultrasound treatment, especially at a temperature of the ultrasound transmission medium of 15 ° C. and a pH of 7, and therefore already show the solubilities the advantages of ultrasound treatment mentioned above.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Partikeln eine Standardgrößenverteilung um einen mittleren Partikeldurchmesser von 5 µm aufweisen und die Beladung der Flüssigkeit mit den Feststoffpartikeln zwischen 1 mg und 50 mg Feststoff pro L Flüssigkeit beträgt, vorzugsweise zwischen 2 mg und 20 mg Feststoff pro L Flüssigkeit.It is also advantageous if the particles have a standard size distribution around an average particle diameter of 5 μm and the loading of the liquid with the solid particles is between 1 mg and 50 mg of solid per liter of liquid, preferably between 2 mg and 20 mg of solid per liter of liquid.
Eine derartige Beladung (= zugegebene Masse abzüglich gelöster Masse) der Suspension mit den Feststoffpartikeln und eine solche Größenverteilung ermöglicht bei einer Ultraschallbehandlung nach dem Stand der Technik eine geeignete heterogene Bildung von Kavitationskeimen, welche die Ultraschallbehandlung derart fördert, dass insbesondere bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden können.Such a loading (= added mass minus dissolved mass) of the suspension with the solid particles and such a size distribution enables a suitable heterogeneous formation of cavitation nuclei in an ultrasonic treatment according to the prior art, which the ultrasonic treatment promotes in such a way that, in particular, high-strength materials that have not been deburred up to now can be deburred.
Als weiter vorteilhaft zeigt ich die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ultraschallübertragungsmediums, welches eine Temperatur der Flüssigkeit zwischen 10 und 20 °C aufweist und/oder bei welchem der pH-Wert der Flüssigkeit zwischen 6 und 8 liegt.I show the use of an ultrasonic transmission medium according to the invention which has a liquid temperature between 10 and 20 ° C. and / or at which the pH of the liquid is between 6 and 8 as further advantageous.
Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes umfassend einen Ultraschallgenerator, eine Sonotrode und ein Ultraschallübertragungsmedium erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ultraschallübertragungsmedium ausgestaltet ist als Suspension aus einer Flüssigkeit und darin schwebenden Feststoffpartikeln, wobei die Suspension Feststoffpartikeln mit Durchmessern zwischen 500 nm und 10 µm enthält und wobei die Beladungsdichte der Suspension zwischen 1.000 und 100.000 solcher Feststoffpartikeln pro Milliliter Flüssigkeit beträgt.The object is achieved with regard to the device for ultrasonic treatment of an object comprising an ultrasonic generator, a sonotrode and an ultrasonic transmission medium according to the invention in that the ultrasonic transmission medium is designed as a suspension of a liquid and solid particles suspended therein, the suspension of solid particles with diameters between 500 nm and 10 μm contains and wherein the loading density of the suspension is between 1,000 and 100,000 such solid particles per milliliter of liquid.
Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes ermöglicht durch die Bereitstellung von Feststoffpartikeln im Ultraschallübertragungsmedium in geeigneter Größe und Anzahl bei einer Ultraschallbehandlung nach dem Stand der Technik eine geeignete heterogene Bildung von Kavitationskeimen an den Phasengrenzflächen der Suspension, welche die Ultraschallbehandlung derart fördert, dass insbesondere bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden können.Such a device according to the invention for the ultrasonic treatment of an object enables, by providing solid particles in the ultrasonic transmission medium in a suitable size and number in an ultrasonic treatment according to the prior art, a suitable heterogeneous formation of cavitation nuclei at the phase interfaces of the suspension, which promotes the ultrasonic treatment in such a way that in particular so far High-strength materials that cannot be deburred can now be deburred.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sonotrode auf, deren Oberfläche eine höhere Härte als die des zu behandelnden Gegenstandes hat, da beide der Wirkung der Kavitation unterliegen. Als besonders geeignet hat sich eine Beschichtung mit Titandiborid erwiesen, wodurch der Sonotrodenverschleiss deutlich reduziert wird.In an advantageous embodiment, the device according to the invention has a sonotrode, the surface of which has a higher hardness than that of the object to be treated, since both are subject to the effect of cavitation. A coating with titanium diboride has proven to be particularly suitable, as a result of which the sonotrode wear is significantly reduced.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält das Ultraschallübertragungsmedium Feststoffpartikeln, die zu weniger als 100 mg Feststoff pro Liter Flüssigkeit in der Flüssigkeit löslich sind. Ein solches Ultraschallübertragungsmedium ist langzeitstabil und ermöglicht so eine besonders hohe Prozessstabilität im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the ultrasonic transmission medium contains solid particles of which less than 100 mg of solid per liter of liquid are soluble in the liquid. Such an ultrasound transmission medium is stable over the long term and thus enables a particularly high process stability in the operation of the device according to the invention.
Als weiter vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn das Ultraschallübertragungsmedium als Flüssigkeit Wasser enthält, vorzugsweise Reinstwasser, und/oder die Feststoffpartikeln aus einem Erdalkalimetall-Karbonat (insbesondere Kalziumkarbonat oder Magnesiumkarbonat) oder auch aus Kalkseifen bestehen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem derart ausgestalteten Ultraschallübertragungsmedium weist eine besonders hohe Prozessstabilität auf.The device according to the invention proves to be further advantageous if the ultrasonic transmission medium contains water, preferably ultrapure water, and / or the solid particles consist of an alkaline earth metal carbonate (in particular calcium carbonate or magnesium carbonate) or lime soaps. A device according to the invention with an ultrasonic transmission medium configured in this way has a particularly high process stability.
Besonders vorteilhaft ist eine derartige Vorrichtung ausgestaltet, wenn sie ein Ultraschallübertragungsmedium umfasst, dessen darin schwebende Partikeln eine Standardgrößenverteilung um einen mittleren Partikeldurchmesser von 5 µm aufweisen und die Beladung der Flüssigkeit mit den Feststoffpartikeln zwischen 1 mg und 50 mg Feststoff pro L Flüssigkeit beträgt, vorzugsweise zwischen 2 mg und 20 mg Feststoff pro L Flüssigkeit. Damit können bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden.Such a device is particularly advantageous if it comprises an ultrasound transmission medium, the particles of which floating therein have a standard size distribution around an average particle diameter of 5 μm and the loading of the liquid with the solid particles is between 1 mg and 50 mg of solid per liter of liquid, preferably between 2 mg and 20 mg solid per liter of liquid. This means that high-strength materials that were previously not deburrable can now be deburred.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, bei dem Ultraschall über ein Ultraschallübertragungsmedium in den Gegenstand eingeleitet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Ultraschallübertragungsmedium eine Suspension aus einer Flüssigkeit und darin schwebenden Feststoffpartikeln verwendet wird, wobei die Suspension Feststoffpartikeln mit Durchmessern zwischen 500 nm und 10 µm enthält und wobei die Beladungsdichte der Suspension zwischen 1.000 und 100.000 solcher Feststoffpartikeln pro Milliliter Flüssigkeit beträgt.With regard to the method for ultrasonic treatment of an object in which ultrasound is introduced into the object via an ultrasonic transmission medium, the object is achieved according to the invention in that a suspension composed of a liquid and solid particles suspended in it is used as the ultrasonic transmission medium, the suspension of solid particles with diameters between 500 nm and 10 μm and the loading density of the suspension being between 1,000 and 100,000 such solid particles per milliliter of liquid.
Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes ermöglicht dass bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden können.Such a method according to the invention for the ultrasonic treatment of an object enables high-strength materials that were previously not deburrable to be deburred.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden in dem Ultraschallübertragungsmedium Feststoffpartikeln verwendet, die zu weniger als 100 mg Feststoff pro Liter Flüssigkeit in der Flüssigkeit löslich sind. Ein solches Verfahren ist besonders prozessstabil.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, solid particles are used in the ultrasound transmission medium, less than 100 mg of solid per liter of liquid being soluble in the liquid. Such a method is particularly process-stable.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden in dem Ultraschallübertragungsmedium als Flüssigkeit Wasser verwendet, vorzugsweise Reinstwasser, und/oder Feststoffpartikeln aus einem Erdalkalimetall-Karbonat (insbesondere Kalziumkarbonat oder Magnesiumkarbonat) oder auch aus Kalkseifen. Dies ist ebenfalls vorteilhaft für die Prozessstabilität.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the liquid used in the ultrasound transmission medium is water, preferably ultrapure water, and / or solid particles made of an alkaline earth metal carbonate (in particular calcium carbonate or magnesium carbonate) or also from lime soaps. This is also advantageous for process stability.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden in dem Ultraschallübertragungsmedium Feststoffpartikeln verwendet, die eine Standardgrößenverteilung um einen mittleren Partikeldurchmesser von 5 µm aufweisen und die Beladung der Flüssigkeit mit den Feststoffpartikeln beträgt zwischen 1 mg und 50 mg Feststoff pro L Flüssigkeit, vorzugsweise zwischen 2 mg und 20 mg Feststoff pro L Flüssigkeit. Damit können bislang nicht entgratbare hochfeste Werkstoffe nun entgratet werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, solid particles are used in the ultrasonic transmission medium that have a standard size distribution around an average particle diameter of 5 μm and the loading of the liquid with the solid particles is between 1 mg and 50 mg of solid per liter of liquid, preferably between 2 mg and 20 mg of solid per liter of liquid. This means that high-strength materials that were previously not deburrable can now be deburred.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Tabelle 1 die erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes, sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes näher erläutert. Dabei zeigt die Tabelle 1:
- Tabelle 1: Größenverteilung der Feststoffpartikeln in einem Ultraschallübertragungsmedium gemäß dem Ausführungsbeispiel
- Table 1: Size distribution of the solid particles in an ultrasonic transmission medium according to the exemplary embodiment
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Ultraschallübertragungsmedium in einer ansonsten nach dem Stand der Technik ausgestalten Vorrichtung zum Entgraten von Gegenständen verwendet, deren Sonotrode zum Zweck der Verschleissminimimierung mit Titandiborid oberflächenbeschichtet ist.According to the exemplary embodiment, the ultrasonic transmission medium according to the invention is used in a device otherwise configured according to the prior art for deburring objects, the sonotrode of which is surface-coated with titanium diboride for the purpose of minimizing wear.
Der zu entgratende Gegenstand ist ein medizinisches Implantat aus dem hochfesten Werkstoff TiAl6V4. Dessen Oberfläche muss sehr sauber sein und darf keine Grate aufweisen damit keine Verunreinigungen und/oder Grate in den Körper eine Patienten gelangen und dort Irritationen auslösen können.The object to be deburred is a medical implant made of the high-strength material TiAl 6 V 4 . Its surface must be very clean and must not have any burrs so that no contamination and / or burrs can get into the patient's body and cause irritation there.
Über das Ultraschallübertragungsmedium wird Ultraschall mit einer Frequenz von 20 Hz und einer effektiven Leistung der Sonotrode von 70 W und einem Sonotrodenabstand von 2,5 mm über eine Prozessdauer von 3 min und unter einem Neigungswinkel zur Oberfläche von 30° in die zu entgratende Oberfläche des Implantats eingebracht.Via the ultrasonic transmission medium, ultrasound is transmitted with a frequency of 20 Hz and an effective sonotrode power of 70 W and a sonotrode distance of 2.5 mm over a process time of 3 minutes and at an angle of inclination of 30 ° to the surface of the implant to be deburred brought in.
Dabei wir als Ultraschallübertragungsmedium eine Suspension aus einer Flüssigkeit und darin schwebenden Feststoffpartikeln verwendet, wobei die Suspension Feststoffpartikeln mit Durchmessern zwischen 500 nm und 10 µm enthält. (Ein sehr geringer Anteil größerer Partikeln mit Durchmessern bis zu 20 µm befindet sich nicht schwebend in der Suspension, sondern sedimentiert an deren Boden.) Die Beladungsdichte der Suspension beträgt circa 30.000 solcher Feststoffpartikeln pro Milliliter der Flüssigkeit.A suspension of a liquid and solid particles suspended in it is used as the ultrasonic transmission medium, the suspension containing solid particles with diameters between 500 nm and 10 μm. (A very small proportion of larger particles with diameters of up to 20 µm are not floating in the suspension, but sediment on the bottom.) The loading density of the suspension is around 30,000 such solid particles per milliliter of the liquid.
Die Flüssigkeit ist Reinstwasser gemäß der Definition des Europäischen Arzneibuches und enthält nahezu keine Verunreinigungen, insbesondere keine bakteriellen Endotoxine. Die Temperatur des Reinstwassers beträgt 15° C und es weist einen pH-Wert von 7 auf.The liquid is ultrapure water according to the definition of the European Pharmacopoeia and contains almost no impurities, in particular no bacterial endotoxins. The temperature of the ultrapure water is 15 ° C and it has a pH value of 7.
Die Feststoffpartikeln bestehen aus Kalziumkarbonat (CaCO3), welches bei dieser Temperatur und diesem pH-Wert eine Löslichkeit von 4 mg/L in Reinstwasser aufweist.The solid particles consist of calcium carbonate (CaCO 3 ), which has a solubility of 4 mg / L in ultrapure water at this temperature and this pH value.
Die Suspension wird hergestellt, indem 10 mg reinstes Kalziumkarbonat (gemäß den Vorgaben der EU-Verordnung 231/2012) und einer Partikelgrößenverteilung entsprechend der Tabelle 1 je Liter Reinstwasser suspendiert werden. Davon gehen 4 mg/L in Lösung während der Rest in der Flüssigkeit schwebend verbleibt (bis auf einen zu vernachlässigenden sedimentierten Rest von weniger als 2 Prozent). Daraus resultiert eine Partikelbeladung der Suspension von circa 30.000 Partikeln pro Liter Flüssigkeit, welche bei einer Beaufschlagung mit Ultraschall als Kavitationskeime dienen.The suspension is produced by suspending 10 mg of the purest calcium carbonate (in accordance with the requirements of EU regulation 231/2012) and a particle size distribution according to Table 1 per liter of ultra-pure water. Of this, 4 mg / L go into solution while the remainder remains suspended in the liquid (apart from a negligible sedimented residue of less than 2 percent). This results in a particle loading of the suspension of around 30,000 particles per liter of liquid, which serve as cavitation nuclei when exposed to ultrasound.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Entgraten von Gegenständen ermöglicht durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Ultraschallübertragungsmedium nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren die heterogene Bildung einer geeigneten Anzahl von Kavitationskeimen an den Phasengrenzflächen der Suspension, welche die Ultraschallbehandlung derart fördert, dass auch hochfeste Werkstoffe wie TiAl6V4 entgratet werden (und gleichzeitig eine Reinigung, insbesondere Sterilisation der Werkstoffoberfläche erfolgt. The above-described device for deburring objects, by using the above-described ultrasonic transmission medium according to the method described above, enables the heterogeneous formation of a suitable number of cavitation nuclei at the phase interfaces of the suspension, which promotes the ultrasonic treatment in such a way that even high-strength materials such as TiAl 6 V 4 deburred (and at the same time cleaning, in particular sterilization, of the material surface takes place.
Dadurch erweisen sich die erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes mit einem solchen Ultraschallübertragungsmedium als besonders geeignet für die Reinung und insbesondere Entgratung von medizinischen Implantaten, insbesondere von Knochenschrauben, die eine große Zahl feinster Bohrungen und Gewinde aufweisen und höchste Anforderungen bezüglich der Freiheit von Oberflächenverunreinigungen und Graten aufweisen.As a result, the inventive use of an ultrasonic transmission medium for the ultrasonic treatment of an object and the device according to the invention and the inventive method for the ultrasonic treatment of an object with such an ultrasonic transmission medium prove to be particularly suitable for cleaning and in particular deburring medical implants, in particular bone screws, which have a large number of very fine Have bores and threads and have the highest requirements in terms of freedom from surface contamination and burrs.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Ultraschallübertragungsmediums zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallbehandlung eines Gegenstandes mit einem solchen Ultraschallübertragungsmedium sind aber nicht auf Entgratung von Gegenständen beschränkt, sondern sind auch für andere Ultraschallbehandlungen wie z.B. zum Reinigen oder zum Schneiden geeignet.
Tabelle 1:
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2019
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE102019004411B4 (en) | 2021-04-01 |
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