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18. Oktober 2018 | 22:27

Ultraschallstrahlen

Abb. 1: Funktionsprinzip des Ultraschallstrahlens (SONATS)

Funktionsprinzip

Bei dem in Abbildung 1 dargestellten Ultraschallstrahlen erfolgt die mechanische Beschleunigung des Strahlmittels auf schalltechnischem Wege. Über einen starken Ultraschallsender, die so genannte Sonotrode, wird die Energie eines Ultraschallgenerators in die genau definierten Strahlkugeln aus Stahl, Edelstahl, Keramik oder Wolframcarbid eingekoppelt. Die Sonotrode und deren Aufnahme bilden zusammen mit dem Werkstück eine kleine Strahlkammer, in der sich die Kugeln gegenseitig anstoßen und auf die partielle Oberfläche des Werkstücks aufschlagen. Hierbei handelt es sich im Gegensatz zu allen anderen Strahlsystemen um um eine ungerichtetes Strahlmittelbeschleunigung.

Verfahren

Die wichtigste Anwendung für das Ultraschallstrahlsystem liegt im lokalen Verfestigen, auch von strahltechnisch schwer zugänglichen Innenflächen. Das Ultraschallverfestigen oder auch Ultrasonic Shot Peening (USP) ist ein Verfahren zur Steigerung der Wechselfestigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile mittels Einbringung von Druckeigenspannungen in die Oberfläche. Durch Beaufschlagung mit den durch Ultraschall erregten Stahlkugeln wird die zur Verfestigung notwendige Energie in das Bauteil eingebracht. Hierbei können die Kugeleinzelmasse, Kugelanzahl, Schwingungsamplitude und Prozesszeit verändert werden, um den Prozess zu steuern.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere aus durch:

  • beeinflussbare Druckeigenspannungsverläufe
  • geringe Rautiefen
  • hohe Prozesssicherheit
  • Sauberkeit
  • geringe Betriebsksoten

Einschränkungen in der Anwendbarkeit liegen insbesondere in der räumlich begrenzten Strahlwirkung, die in vielen Einsatzfällen sogar explizit gewünscht ist, die den Einsatz für großflächige Anwendungen oder aber große Stückzahlen mit sehr kurzen Zykluszeiten verteuern.

Das Verfahren wird bereits in unterschiedlichsten Bereichen wie im Kraftwerksbau, der Automobil- und Luftfahrtindustrie, der Textil- und der medizinischen Industrie eingesetzt.