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Ultraschallfügen und trennen Leseprobe

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1 Einleitung<br />

1.1 Ultraschallschwingungen<br />

Ultraschallschwingungen sind mechanische Schwingungen mit Frequenzen oberhalb der Hörbarkeitsgrenze<br />

des menschlichen Ohrs. Je nach Alter <strong>und</strong> Hörfähigkeit ist die Grenze etwas fließend.<br />

Sie liegt praktisch bei einer Frequenz von etwa 16.000 bis 20.000 Hz, bei älteren Menschen sogar<br />

schon bei 12.000 Hz.<br />

Obwohl der Ultraschallbereich sich bis zu Frequenzen von einigen MHz erstreckt, kommen bei den<br />

meisten Ultraschalltechnologien, die dem Leistungsschall zuzuordnen sind, Frequenzen von 20 bis<br />

100 kHz (beim Ultraschallmikrobonden bis zu 190 kHz) zur Anwendung [1 bis 4].<br />

Einen Überblick über die verschiedensten Arten von mechanischen Schwingungen mit den dazugehörigen<br />

Frequenzbereichen <strong>und</strong> der entsprechenden Einordnung des Ultraschalls gibt Tabelle 1-1.<br />

Tabelle 1-1.<br />

Arten von mechanischen Schwingungen.<br />

Mechanische Schwingungen<br />

Frequenzbereich [Hz]*<br />

Infraschall (unterhalb der Hörbarkeit) < 16<br />

Schall (hörbarer Schall) 16 bis 18.000<br />

Ultraschall (oberhalb der Hörbarkeit) 20.000 bis 10 9<br />

Hyperschall (nicht hörbar) > 10 9<br />

* 1 Hz (Hertz) = 1 Schwingung pro Sek<strong>und</strong>e (s)<br />

1.1.1 Ultraschallanwendungen<br />

In Abhängigkeit von der Leistungsdichte des Ultraschalls erfolgt eine industrielle Nutzung als<br />

• Messschall (passive Ultraschallanwendung),<br />

• Leistungsschall (aktive Ultraschallanwendung).<br />

Der Bereich des passiven Ultraschalls umfasst alle die Anwendungen, bei denen die Ultraschallschwingungen<br />

aufgr<strong>und</strong> ihrer geringen Intensität, d. h. niederenergetische Schwingungen mit sehr<br />

kleiner Amplitude, im beschallten Medium (gasförmig, flüssig oder fest) keine physikalischen oder<br />

chemischen Veränderungen hervorrufen. Auf der passiven Ultraschallanwendung beruht die ganze<br />

Ultraschallmesstechnik. U. a. sind zu nennen [5 bis 8]:<br />

• zerstörungsfreie Werkstoffprüfung,<br />

• Ultraschalldiagnostik in der Medizin (Echoenzephalografie, Ophthalmologie, Kardiographie,<br />

Gynäkologie),<br />

• Ultraschallanwendungen in der Meeresforschung (Tiefenmessungen, Horizontal- <strong>und</strong> Vertikalortung<br />

von Fischen, Nachrichtenübermittlung) <strong>und</strong><br />

• Ultraschallanwendung im Verkehr (Raumüberwachung, Blindenleittechnik).<br />

Der Bereich des aktiven Ultraschalls umfasst alle die Anwendungen, bei denen die Ultraschallschwingungen<br />

aufgr<strong>und</strong> ihrer hohen Intensität, d. h. hochenergetische Schwingungen mit einer<br />

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