Hielscher Cascatrode – Ultraschallsonotrode mit großer Oberfläche

Hielscher Cascatrodes™ sind speziell konstruierte Sonotroden (Ultraschallhörner) für die effektive Beschallung mit hoher Ultraschallleistung bei niedrigen oder mittleren Beschallungsintensitäten – typischerweise unter 60W/cm² und mit einer Amplitude unter 60 Mikrometern.

Hielscher entwickelte die Cascatrode™ für industrielle Prozessanwendungen. Cascatrodes™ sind für alle industriellen Ultraschallprozessoren erhältlich – von UIP500hdT (0,5kW), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5kW) und UIP2000hdT (2kW) bis hin zum weltweit leistungsstärksten Ultraschallgerät UIP16000 (16kW).

Bei der Entwicklung oder Erprobung neuer Ultraschallverfahren, beispielsweise Emulgieren, Dispergieren, Homogenisieren, Zellaufschluss und Extraktion, Deagglomeration oder Entgasung, werden Sie feststellen, dass bestimmte Beschallungsparameter für den jeweiligen Prozess besser geeignet sind als andere.

Sie können die Beschallungsintensität variieren, ohne die Ausgangsleistung zu ändern: Konzentrieren Sie die abgegebene Leistung entweder auf eine kleine Fläche bei hoher Intensität (hohe Flächenleistung in W/cm²) oder koppeln Sie die Leistung über eine große Fläche bei niedrigeren Intensitäten (niedrige Flächenleistung in W/cm²) in das Medium ein. Die Intensität steigt mit zunehmender Beschallungsamplitude, höherem Flüssigkeitsdruck oder höherer Viskosität und sinkt mit steigender Temperatur. Sobald Sie eine optimale Parameterkonfiguration für Ihren Prozess ermittelt haben, müssen Sie diese Konfiguration bei der Maßstabsvergrößerung konstant halten. Bei der Maßstabsvergrößerung sollten Sie die Amplitude und den Druck bei der Beschallung nicht verändern. Auf diese Weise halten Sie die Beschallungsintensität – also die abgegebene Ultraschallleistung pro Flächeneinheit (Watts/cm²) – konstant. Folglich benötigen Sie eine größere Sonotrodenoberfläche, um bei einer gegebenen Oberflächenintensität mehr Leistung einzukoppeln – dies ist ein linearer Zusammenhang.

Hielscher bietet eine breite Auswahl an Sonotroden (= Ultraschallsonden/-hörner) für seine Ultraschallgeräte an. Üblicherweise unterscheiden sich die Sonotroden im Spitzendurchmesser, um unterschiedliche Stirnflächen bereitzustellen. Die vertikalen Flächen einer Sonotrode sind für die Leistungsübertragung im Allgemeinen vernachlässigbar, da ihre zum flüssigen Medium hin gerichtete Schwingungsamplitude sehr gering ist. Die Konstruktion der Cascatrode™ unterscheidet sich dadurch, dass sie ringförmige horizontale Flächen zur Stirnfläche hinzufügt. Jeder Ring ist an einem der Schwingungsmaxima der Sonotrode angeordnet. Durch diese Ringe lässt sich die schwingende Oberfläche, die den Ultraschall in das zu beschallende Medium einkoppelt, erheblich vergrößern – dadurch lässt sich bei einer gegebenen Oberflächenintensität eine höhere Ultraschallleistung in die Flüssigkeit einkoppeln. Die Cascatrode™ ermöglicht es, hohe Ultraschallleistung bei hohen Amplituden in das behandelte Medium zu übertragen.

Die Hielscher Cascatrodes™ sind in verschiedenen Längen und Durchmessern sowie mit unterschiedlicher Anzahl an Ringen erhältlich – ausgelegt auf die Prozessintensität und die jeweilige Ultraschallanwendung. Da sie für Prozesse mit hoher Leistung und großem Volumen eingesetzt werden, werden die Cascatrodes™ überwiegend in kontinuierlichen Durchflusssystemen installiert. Sie können mit Durchflusszellenreaktoren kombiniert werden, die eine effiziente Inline-Verarbeitung im industriellen Maßstab ermöglichen.