Ultraschall-Levitation und ihre industriellen Anwendungen

Die Ultraschall-basierte Levitation ist bereits seit Langem im industriellen Einsatz bewährt, um kontaktlose leichtgewichtige, empfindliche Materialien zu Transportieren. In der Forschung wird die akustische Levitation zudem für die berührungslose Handhabung von Proben eingesetzt. Erfahren Sie mehr über die Ultraschall-Levitation und ihre Anwendungen in Industrie und Wissenschaft!

Anwendungen der Ultraschall-Levitation

Die akustische Levitation ist eine wissenschaftlich erprobte und industriell genutzte Methode zur berührungslosen Materialhandhabung und Probenpositionierung. Die Ultraschallschwebetechnik wird als berührungslose Handhabungsmethode eingesetzt, um oberflächenempfindliche und zerbrechliche Werkstücke, z. B. Wafer, Mikrochips oder dünne Glasplatten, ohne mechanische Einwirkung zu manipulieren. Aufgrund der berührungslosen Handhabung von Materialien und Proben wurde die Ultraschallschwebetechnik in industriellen, wissenschaftlichen und analytischen Anwendungen eingesetzt.
In der Industrie wird die Ultraschallschwebetechnik als zuverlässige Methode für die berührungslose, behälterlose Bearbeitung von Mikrochips und anderen kleinen, empfindlichen Objekten eingesetzt, die schon bei leichtem physischen Kontakt beschädigt werden könnten. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Handhabung von hochreinen Materialien oder chemischen Reaktanten, die durch einen Behälter beeinflusst werden würden.

Informationen anfordern




Beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.


Ultraschall / akustisches Schweben wird für die berührungslose Handhabung empfindlicher Materialien (z.B. Mikrochips, analytische Proben, hochreine Substanzen) eingesetzt

Levitationspositionen von Polypropylenkugeln in einem einachsigen akustischen Levitator. Levitator/Sonotrode oben, Reflektor unten (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(Studie und Bilder: © Andrade et al. 2018)

In diesem Video wird die akustische Levitation von Wassertröpfchen demonstriert. Die stehende Ultraschallwelle hält die kleinen Wassertröpfchen in der Luft in der Schwebe. Ultraschallschwebegeräte werden als Methode zur berührungslosen Material- und Probenhandhabung eingesetzt.

Mittels Ultraschall-Levitation schweben Tröpfchen in der Luft

Ultraschall-Levitation zur kontaktfreien Handhabung von

  • Gegenständen, die empfindlich auf physikalische Kräfte reagieren (z. B. Mikrochips)
  • nichtleitende Materialien
  • hochreine Materialien
  • chemische Reaktanten
  • biologische, analytische Proben
  • Proteine für die Kristallographie

Arbeitsprinzip der Ultraschall Levitation

Bei der akustischen Levitation werden Ultraschallwellen auf eine Flüssigkeit, in der Regel ein Gas (z. B. Luft), aufgebracht. Wenn sich die Ultraschallwelle durch das Gas bewegt, gleicht die Schallwelle die Schwerkraft aus – mit dem Ergebnis, dass Objekte freitragend in der Luft schweben können. Dieser Effekt eines frei schwebenden Objekts in einer Schallwelle setzt das Phänomen einer stehenden Welle voraus. Eine stehende Welle entsteht, wenn sich zwei identische Wellen, die aus entgegengesetzten Richtungen kommen, gegenseitig überlagern. Daher wird in einer akustischen Schwebeanordnung ein Ultraschallwandler verwendet, um longitudinale Druckwellen zu erzeugen, und ein Reflektor auf der anderen Seite reflektiert die Wellen, so dass sich die identischen Wellen, die von beiden Seiten kommen, überlagern und eine stehende Welle bilden können.

Schematische Darstellung des Ultraschall-Levitators und der Positionierung einer kleinen starren Kugel im Knoten.

Akustische Levitation einer kleinen starren Kugel am Druckknoten einer ebenen stehenden Welle, die zwischen einem Wandler/Elevator und einem Reflektor entsteht.
(Studie und Bilder: © Andrade et al. 2018)

Informationen anfordern




Beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.


Knoten und Anti-Knoten: Die longitudinale Druckwelle des intensiven Ultraschalls erlaubt es, berührungslos in der Luft zu schweben. Solche stehenden Ultraschallwellen haben definierte Knotenpunkte. Ein Knoten ist der Bereich mit minimalem Druck, während ein Anti-Knoten als Bereich mit maximalem Druck definiert ist. Die Knotenpunkte einer stehenden Welle befinden sich im Zentrum der akustischen Levitation.
Ultraschall-Levitatoren funktionieren durch die Positionierung des Stehwellenfeldes über einer Ultraschallsonde (d.h. Sonotrode) und die Verwendung eines Reflektors.

Ultraschall-Schwebegeräte

Hielscher Ultrasonics verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und dem Vertrieb von hochwertigen und leistungsstarken Ultraschallgeräten. Für die akustische Levitation bietet Hielscher zwei Standardtypen von Levitatoren an:
UP400St – ein 24kHz, 400W Levitator
UIP500hdT – ein 20kHz, 500W Levitator
Ultraschallprozessor UIP500hdT für akustische Schwebeanwendungen.Der Ultraschallprozessor UP400St ist ein kompaktes System, bei dem Schallwandler und Generator in einem robusten Gehäuse kombiniert sind. Der 500 Watt starke Levitator UIP500hdT verfügt über einen separaten Schallwandler und Generator. Mit seinem IP64-Schallkopf ist der UIP500hdT ideal für die Installation in anspruchsvollen Umgebungen.
Ultraschall-Levitatoren können als Einzelgerät oder parallel installiert werden und sind für den Einsatz in Hochgeschwindigkeits- und Hochdurchsatz-Verarbeitungslinien geeignet.
Für spezielle Anforderungen entwickelt und fertigt Hielscher Ultrasonics auch kundenspezifische und eigene Levitatoren.

Kontaktieren Sie uns! / Fragen Sie uns!

Fordern Sie weitere Informationen an!

Bitte benutzen Sie das untenstehende Formular, um weitere Informationen über Ultraschall-Schwebegeräte, Anwendungen und Preise anzufordern. Wir freuen uns darauf, Ihren Levitationsprozess mit Ihnen zu besprechen und Ihnen einen Ultraschall-Levitator anzubieten, der Ihre Anforderungen erfüllt!









Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.




Literatur / Literaturhinweise


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Bench-top-Homogenisatoren bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.