Ultraschalllevitatioun an hir industriell Uwendungen

Ultraschalllevitatioun / akustesch Levitatioun ass eng industriell bewäert Méiglechkeet, fir liicht, empfindlech Materialien ouni Kontakt ze droen a Prouwe kontaktfräi ze handhaben. Léiert méi iwwer Ultraschalllevitatioun an hir Uwendungen an der Industrie an an der Wëssenschaft!

Uwendunge vun der Ultraschalllevitatioun

Akustesch Levitatioun ass eng wëssenschaftlech bewisen an industriell agesate Method fir d’kontaktfräi Handhabung vu Materialien an d’Positionéierung vu Prouwen. Ultraschalllevitatioun gëtt als kontaktfräi Handhabungsmethod benotzt, fir Wierkstécker mat empfindlechen Uewerflächen a fragil Wierkstécker, z. B. Waferen, Mikrochips oder dënn Glasplacken, ouni mechanesch Awierkung ze beweegen. Wéinst der kontaktfräier Handhabung vu Materialien a Prouwe gëtt Ultraschalllevitatioun an industriellen, wëssenschaftlechen an analyteschen Uwendungen agesat.
An der Industrie gëtt Ultraschalllevitatioun als zouverlässeg Method fir d’kontaktfräi Veraarbechtung vu Mikrochips an anere klengen, delikaten Objeten ouni Behälter benotzt, déi scho bei liichtem physeschem Kontakt beschiedegt kënne ginn. En anert Uwendungsgebitt ass d’Handhabung vu Materialien mat ganz héijer Rengheet oder vu cheemesche Reaktanten, déi duerch e Behälter beaflosst géife ginn.

An der Chimie kënne schwiewend Drëpsen als Miniaturreaktiounsgefässer déngen, soudatt Fuerscher Reagenzien zesummebréngen a Reaktioune beobachten a gläichzäiteg d’Kontaminatioun duerch d’Gefässwänn reduzéiere kënnen.
Materialwëssenschaftler benotze schwiewend Prouwen, fir Verdampfung, Kristalliséierung a Partikelbildung z’ënnersichen, wärend Fuerscher an der Analytik schwiewend Prouwe mat opteschen a spektroskopesche Methoden ënnersiche kënnen.
Spezialiséiert akustesch Handhabungssystemer ënnerstëtzen och den Transport vu fragile Komponenten, dorënner Siliziumwaferen, Mikrochips an dënnt Glas, mat engem méi klenge Risiko vu mechanesche Schied.
Fir flësseg Roboter mat enger Partikelpanzerung (PBs) bitt akustesch Levitatioun eng villverspriechend Fuerschungsrichtung: den Transport vun agekapselte Reagenzien, d’Zesummebrénge vun Drëpse fir kontrolléiert Reaktiounen an d’Iwwerdroe vu Roboteren tëscht Veraarbechtungsstatiounen, woubäi de Kontakt mat den Ëmgéigenduewerflächen miniméiert gëtt. Liest méi iwwer d’akustesch Levitatioun vu flëssege Robotere mat enger Partikelpanzerung!
 

Funktiounsprinzip vun der Ultraschalllevitatioun

Akustesch Levitatioun beschreift d’Uwendung vun Ultraschallwellen an engem Fluid, meeschtens engem Gas (z. B. Loft). Wann d’Ultraschallwell sech duerch de Gas ausbreet, wierkt d’Schallwell der Schwéierkraaft entgéint – mat deem Resultat, datt Géigestänn ouni Ënnerstëtzung an der Loft schwiewe kënnen. Dësen Effekt vun engem fräi schwiewende Géigestand an enger Schallwell setzt de Phenomeen vun enger stoender Well viraus. Eng stoend Well entsteet, wann zwou identesch Wellen, déi aus entgéintgesate Richtunge kommen, sech iwwerlagere. Dofir gëtt an engem Opbau fir akustesch Levitatioun en Ultraschallwandler benotzt, fir longitudinal Drockwellen ze erzeugen, an e Reflekter op där anerer Säit reflektéiert d’Wellen, soudatt déi identesch Wellen, déi vu béide Säite kommen, sech iwwerlagere kënnen an eng stoend Well bilden.

Kniet a Schwingungsbäich: Déi longitudinal Drockwell vun intensivem Ultraschall erméiglecht et, kontaktfräi an der Loft ze schwiewen. Esou stoend Ultraschallwellen hunn definéiert Kniet. E Knuet ass de Beräich mam niddregsten Drock, wärend e Schwingungsbauch als de Beräich mam héchsten Drock definéiert ass. D’Kniet vun enger stoender Well stinn am Mëttelpunkt vun der akustescher Levitatioun.
Ultraschalllevitatore funktionéieren duerch d’Positionéierung vum stoende Wellefeld iwwer enger Ultraschallsond (d. h. enger Sonotrod) an duerch de Gebrauch vun engem Reflekter.

Ausrüstung fir Ultraschalllevitatioun

Hielscher Ultrasonics huet laangjäreg an ëmfaassend Erfarung an der Entwécklung, der Hierstellung an dem Verkaf vun héichwäerteger, leeschtungsstaarker Ultraschallausrüstung. Fir akustesch Levitatioun bitt Hielscher zwou Standardaarte vu Levitatoren un:
 

• UP100H – e Levitator mat 30kHz, 100 W
• UP400ST – e Levitator mat 24kHz, 400W
• UIP500hdT – e Levitator mat 20kHz, 500W

Den Ultraschallprozessor UP400St ass e kompakte System, bei deem de Wandler an de Generator an engem robuste Gehais zesummegebaut sinn. De Levitator UIP500hdT mat enger Leeschtung vu 500 Watt huet e separate Wandler an e separate Generator. Mat sengem Wandler mat der Schutzklass IP64 ass den UIP500hdT ideal fir d’Installatioun an usprochsvollen Ëmgéigungen.
Ultraschalllevitatore kënnen als eenzel Eenheet oder parallel installéiert ginn a kënnen a Veraarbechtungslinne mat héijer Vitess an héijem Duerchsaz bedriwwe ginn.
Fir spezifesch Ufuerderungen entwéckelt a fabrizéiert Hielscher Ultrasonics och personaliséiert a proprietär Levitatoren.

Literatur / Referenzen

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
• Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
• Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.