Technologie des ultrasons - KKS Ultraschall AG · cité de la cavitation dépend de paramètres,...
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Swiss Quality
Technologie des ultrasons
Préface | 3
La pureté bat dans le cœur de la Suisse depuis 1982
avec KKS un épicentre du nettoyage aux ultrasons est né
ici. Ce qui nous guide, ce sont la motivation et la force
d'innovation. De même que le savoir technologique et la
maîtrise de notre métier. Mais surtout, c'est notre
capacité à percevoir les vibrations. Cela signifie : Nous
écoutons nos clients. Nous nous occupons de leurs
besoins, et nous étudions leurs applications. Nous consi-
dérons que c'est notre mission de créer pour nos
clients, des solutions à la pointe de la technologie pour
les processus de nettoyage aux ultrasons et de traite-
ment des surfaces. Ainsi, nous assurons plus de perfor-
mances, de rentabilité et de flexibilité. Et nous créons
une plus-value importante pour nos clients. Avec vous,
nous voulons réussir en tant que spécialiste international
reconnu dans ce marché de niche, et contribuer d'une
manière efficace à votre productivité.
KKS propose une gamme complète de composants à
ultrasons pour la vente de pièces et de pièces de rechange.
Nous les utilisons aussi dans nos systèmes à ultrasons,
ainsi que sur les installations standard et spécifiques aux
clients, et nous garantissons ainsi la meilleure qualité.
Les entreprises leaders de différents secteurs industriels
nous ont choisi comme partenaires technologiques,
grâce aux qualités de nos systèmes, telles qu'une longue
durée de vie et un rendement maximum. Les technolo-
gies de fréquence SINGLE, DUAL et MIX de KKS, associées
à nos solutions de nettoyage, font du nettoyage aux
ultrasons, une méthode efficace et en même temps
respectueuse de l'environnement, capable de nettoyer
proprement les produits de toutes sortes.
Nous vous donnons un petit aperçu de cette pureté
dans les pages suivantes. Si vous avez d'autres questions
sur nos produits et nos prestations de service, nous
sommes à votre disposition.
La vision de la pureté
La pureté par la recherche
Bases scientifiques du nettoyage aux ultrasons 7
Nettoyage aux ultrasons 9
Composants du nettoyage aux ultrasons 11
Généralités concernant l'utilisation des 14
bains de nettoyage aux ultrasons
Technologie des ultrasons à fréquence DUAL et MIX 16
La pureté avec la technologie : Systèmes d'ultrasons KKS
Émetteurs à ultrasons haute performance 19
Générateurs d'ultrasons haute performance 20
Systèmes vibrants à ultrasons haute performance 23
Autres informations sur :
www.kks-ultraschall.ch
La technologie des ultrasons en général | 5
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Une bonne rentabilité
Nos clients peuvent compter depuis des décennies
sur les propriétés connues des solutions de système
KKS telles que
Performance maximale
Sécurité de fonctionnement
Longue durée de vie
Rentabilité
le résultat de notre philosophie de qualité, sans
compromis.
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La pureté par les ultrasons
Le nettoyage aux ultrasons est un procédé très efficace
et doux pour nettoyer efficacement les matières de
toutes sortes, ainsi que les surfaces poreuses, à pores
ouverts et à structure fine, et les géométries les plus
compliquées en un temps record, sans travail manuel
complémentaire et sans dommages. La gamme d'utilisa-
tion va des plus petits composants de la microélectro-
nique et de l'optique, en passant par les implants médi-
caux, jusqu'aux pièces volumineuses de l'industrie
automobile.
Les ultrasons et le nettoyage aux ultrasons – une
gamme d'utilisation variée
Technique médicale / Industrie pharmaceutique
Mécanique de précision / Industrie horlogère
Technique du vide
Technique de revêtement
Nettoyage des moules
Traitement de l'eau
Industrie aéronautique et spatiale
Industrie alimentaire
Optique
Electronique
L'effet original des ultrasons est basé sur le phénomène
physique de la cavitation. Dans les fluides liquides,
les ondes de plus de 1 W/cm2 produisent de petites bulles
sous pression microscopiques (des cavités), qui vont
imploser. Ce processus apparaît de préférence sur les sur-
faces de contact limites entre le liquide et la pièce net-
toyée, produit des pressions élevées et des turbulences
importantes, et dégage des énergies puissantes. Avec
ces « jets » ainsi que les impulsions d'aspiration et
de pression produits, la surface des pièces est nettoyée
efficacement.
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 7
Bases scientifiques du nettoyage aux ultrasons
Son
Définition : Diffusion des plus petites variations de
pression et de densité dans un fluide élastique (gaz,
liquide, solide).
Propriétés : En physique, le terme « son» regroupe tous
les signaux que l'oreille humaine ou animale peut perce-
voir ou détecter acoustiquement. Le son est une onde
mécanique, et lié ainsi à un fluide de transmission, dans
lequel il est prolongé par des variations de pression et
de densité. Il peut se diffuser dans des gaz, des liquides
et des solides à des vitesses tout à fait différentes, qui
sont en plus influencées par la température et la pression
extérieure. Dans les gaz et les liquides, le son se pro-
page par des ondes longitudinales, dans les solides, il
existe aussi en plus des ondes transversales.
Unité : Le son est divisé en fréquences, qui sont indi-
quées en Hertz [Hz]. Un Hertz correspond à une vibra-
tion par seconde (1/sec).
Ultrasons
Définition : Ondes dans une plage de fréquence de
20 kHz à 1 GHz, donc en dehors de la plage audible par
l'homme.
Propriétés : Les ondes des ultrasons sont nettement plus
concentrées en énergie, c.-à-d. « plus bruyantes »
que le son audible. Suivant la nature d'un obstacle, elles
se réfléchissent sur celui-ci, sont absorbées, diffusées
ou le traversent (transmission). Comme avec toutes les
autres ondes, il y a aussi des effets de réfraction, de
diffraction et d'interférence. Dans la technique des ultra-
sons, on fait la différence entre :
Les utilisations à faibles signaux (test des matériaux,
technique médicale, diagnostic) avec des puissances infé-
rieures à 1 W/cm² et des fréquences supérieures à
100 kHz
Les utilisations à ultrasons grande puissance comme
dans le nettoyage aux ultrasons avec des puissances
supérieures à 1 W/cm² et des fréquences le plus sou-
vent inférieures à 100 kHz
La pureté par la recherche
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Une grande puissance
Les générateurs KKS, conçus pour l'utilisation indus-
trielle avec des puissances allant jusqu'à 2000 watts, se
caractérisent par une puissance maximale, dans un
encombrement minimum.
Les ultrasons dans les liquides
Les liquides sont maintenus par des forces de cohésion,
qui agissent entre les différents atomes et molécules
à l'intérieur de la matière, et déterminent ainsi la résis-
tance à la traction du liquide. La pression sonore en-
traîne des modifications permanentes de la densité et
de la pression dans le fluide (« compression » et « expan-
sion »). Pendant la « phase de dépression » de la vi-
bration, il y a une sous-pression relative (expansion). Le
liquide peut se rompre à cause de la formation d'une
cavité en forme de bulle (un « vide transitoire »), il s'éva-
pore immédiatement sur la surface limite de la cavité, et
la cavité se remplit de vapeur de liquide. Pendant la
«phase de compression», la vapeur se condense à nou-
veau. Ainsi, cela donne une bulle de vapeur oscillante
(bulle de cavitation). Déjà à partir d'une intensité d'ultra-
son d'env. 1 W/cm², les forces de traction sont supé-
rieures aux forces de liaison du liquide, qui sont d'env.
1000 N/cm². A cause des impuretés (particules de
poussières insolvables, traces de gaz– ce que l'on ap-
pelle des germes de cavitation), les liquides se rompent
le plus souvent déjà à env. 10 N/cm², et entraîne l'effet
de cavitation.
Dans l'acoustique, on distingue les plages de
fréquence suivantes :
0 Hz à 20 Hz Infrason
16 Hz à 20 kHz Son audible
20 kHz à 1 GHz Ultrason
à partir de 1 GHz Hyperson
1 Hertz = 1 vibration par seconde
Une grande flexibilité
Tous les appareils à ultrason de KKS peuvent être
équipés – suivant les besoins et les exigences – avec une
technologie de fréquence SINGLE, DUAL et MIX.
SINGLE : 27 / 30 / 40 / 60 / 80 / 100 kHz
DUAL / MIX : 27 & 80 kHz / 30& 60 kHz / 40 & 100 kHz
Compression / Expansion
Pression sonore élevée, compression
Phase de dépression, décompression
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 9 8 | Technologie du nettoyage aux ultrasons
Dans le cas idéal, les petites bulles de cavitation oscil-
lantes sont remplies uniquement de vapeur d'eau.
En réalité, on trouve aussi des petites bulles de gaz. Celles-
ci sont toujours produites par ex. lors du remplissage
du bain de nettoyage. Les petites bulles de gaz altèrent
le comportement des bulles de cavitation, il faut donc
dégazer le liquide de nettoyage avant l'utilisation.
Effet de cavitation
Pendant la phase de décompression du champ d'ondes,
le rayon de la bulle de cavitation augmente au cours
de quelques cycles de vibrations. Chaque bulle absorbe
beaucoup d'énergie du champ d'ondes. Lorsque suffi-
samment d'énergie d'ultrasons est fournie, la bulle de
cavitation ne peut plus osciller en restant stable, elle
éclate soudain au début d'une phase de compression (une
« cavitation transitoire ») en l'espace de nanosecondes,
et rend l'énergie au liquide environnant. Cela crée des
ondes de choc, des turbulences et des courants impor-
tants, qui sont mille fois plus forts que ceux du champ
d'ultrasons primaire. Ce sont ces phénomènes qui
font que les particules d'impureté se décollent de la surface
des objets. Les implosions des bulles de cavitation se
produisent principalement aux surfaces limites entre le
liquide et les pièces nettoyées. Ce phénomène physique
peut aussi avoir des conséquences négatives : Ainsi,
p. ex. les hélices des bateaux, les turbines hydrauliques
et les éléments des pompes sont également attaqués
par la cavitation.
Nettoyage aux ultrasons
Cavitation et micro-jets
La cavitation est la cause principale du nettoyage.
Lorsqu'une bulle de cavitation éclate à une limite de
phase, cela produit un courant de liquide orienté
(« voir illustration ci-dessous »), qui heurte avec une
vitesse d'environ 400 km/h la pièce nettoyée. En plus, il
y a des pics de pression locaux allant jusqu'à 1000
bars, et des températures atteignant jusqu'à 5500º C.
Les particules d'impuretés sont chassées par le micro-jet,
et vont dans le liquide nettoyant. Les micro-courants
acoustiques causés par les oscillations et l'éclatement des
bulles de cavitation favorisent l'évacuation des impure-
tés de la surface des pièces. Surtout les petits interstices
problématiques et difficilement accessibles (structures
poreuses ou à pores ouverts, trous percés, contre-dé-
pouilles etc.) sont atteints ainsi sans problèmes. L'effica-
cité de la cavitation dépend de paramètres, tels que
la pression extérieure, la température, la viscosité du
liquide, la fréquence des ultrasons, ainsi que la puis-
sance des ultrasons.
Une technologie optimale
KKS propose des solutions technologiques perfor-
mantes pour tous les domaines d'utilisation.
Technologie Signification
Fréquence SINGLE Le générateur fonctionne avec
une fréquence.
Fréquence DUAL Le générateur peut fonctionner
au choix avec deux fréquences.
Fréquence MIX S'il y a dans une cuve à ultrasons,
deux circuits oscillants avec deux
générateurs, il est possible de
nettoyer simultanément avec deux
fréquences dans le bain corres-
pondant.
Fréquence sonore
La fréquence sonore joue un rôle particulier : Avec des
basses fréquences, il y a de grosses bulles de cavitation,
dont l'implosion déclenche des ondes de choc avec une
force élevée. Par contre, avec des fréquences élevées, le
rayon des bulles est plus petit, et ainsi les forces d'im-
plosions plus faibles. C'est pourquoi les impuretés tenaces
s'enlèvent le plus efficacement avec de basses fré-
quences d'ultrasons. Avec des matériaux sensibles, il peut
y avoir des altérations dues à la cavitation sur les sur-
faces. Mais des fréquences d'ultrasons plus élevées
peuvent aussi être efficaces, car les vitesses du cou-
rant sont plus élevées, ainsi les petites particules moins
tenaces peuvent être enlevées d'une manière efficace.
Nettoyage grossierBasse fréquence 27 kHz Forces d'implosion importantes
Nettoyage finFréquence moyenne 40 kHz Forces d'implosion moyennes
Nettoyage de précisionHaute fréquence 80 kHz Forces d'implosion minimes
En général, il y a trois niveaux de nettoyage
Basses fréquences pour les salissures grossières
Hautes fréquences pour les petits trous percés et les structures fines
Pièces nettoyées
Liquide
Bulles de cavitation (le rayon augmente avec la décompression)
Implosion des bulles de cavitation
Effets acoustiques sur les surfaces sales
«Courant acoustique»
Pièces nettoyées Pièces nettoyées Pièces nettoyées
Micro-jet
«Cavitation stable» «Cavitation transitoire» ➞ Erosion /Décollement
Bulle qui éclate près d'une surface limite
avec effet micro-jet
Micro-jet
Bulle oscillante Bulle qui éclate
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 11 10 | Technologie du nettoyage aux ultrasons
Autres facteurs de nettoyage
Pour un nettoyage aux ultrasons efficace, il faut obser-
ver encore une série d'autres paramètres. Ainsi, le
bon choix de la durée du nettoyage, de la température,
de la composition chimique du détergent et la qualité
de l'eau de rinçage sont essentiels pour obtenir de bons
résultats.
Génération des ultrasons
Le principe du nettoyage aux ultrasons est basé sur
l'apport d'ondes avec un niveau d'énergie élevé, dans un
fluide détergent, qui entoure complètement les pièces
nettoyées. Les ultrasons sont générés par un convertis-
seur, piloté par un générateur, qui transforme la
tension secteur en fréquence d'ultrasons et en tension
de sortie correspondantes.
Un émetteur d'ultrasons comprend selon la puis-
sance, un nombre différent d'éléments convertisseurs
montés en parallèle. Cette association d'éléments
transforme les vibrations électriques produites par le
générateur, par des plaques céramiques piézoélec-
triques en vibrations mécaniques.
Ces vibrations sont transmises par des éléments de
couplage à une membrane en acier inoxydable. Par
la déformation de la surface de la membrane, le liquide
dans la cuve de nettoyage se met à vibrer, ce qui produit
un champ d'ondes homogène.
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Un procédé optimal
KKS se concentre et prouve ses compétences dans
trois secteurs d'activités principaux :
Développement et production de composants adaptés
aux ultrasons et générateurs de puissance
Installations de nettoyage aux ultrasons d'un niveau
technologique supérieur
Détergents optimisés, adaptés aux ultrasons pour
toutes les applications
Nous exerçons toutes nos compétences au quoti-
dien, sous forme de prestations de service dans notre
propre centre de traitements de surfaces.
Des composants optimaux
Les composants haute performance adaptés aux
ultrasons de KKS pour le nettoyage aqueux
se distinguent par une série de caractéristiques :
Compacts et puissants – des modules à ultrasons
individuels jusqu'à 2000 watts
Une disponibilité maximale – avec une sécurité contre
les courts-circuits et le fonctionnement à vide
Les meilleurs résultats de nettoyage – modulation de
fréquence automatique, optimisation de la fréquence
et maintien de puissance constante
Possibilité d'adaptation – différentes fréquences
d'ultrasons pour utilisations SINGLE, DUAL et MIX
Communicants – avec le module de commande
« AnyBus », il est possible d'intégrer facilement les
générateurs KKS dans les commandes
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Le rayon de résonance des bulles de cavitation
sous forme de fonction de la fréquence sonore
Le type de pièces nettoyées et la nature de leur surface
sont aussi importants pour le nettoyage aux ultrasons
autant que pour les autres techniques de nettoyage. En
plus, il y a d'autres facteurs qui sont déterminants :
Spécifique aux ultrasons : Utilisation de paniers
adaptés, en ne surchargeant pas le bain avec trop de
pièces, pour minimiser l'absorption des ultrasons.
Liquide détergent : Adjonction d'additifs chimiques
pour diminuer la tension de surface, afin d'assurer une
transmission optimale de l'énergie des ultrasons.
Température : Normalement 40° C à 90° C, pour les
solutions alcalines aqueuses, neutres ou acides. Chaque
liquide détergent a sa température optimale pour la
transmission du son et la cavitation. Lorsque la tempé-
rature augmente, la viscosité et la densité diminuent, la
pression de la vapeur augmente.
Composants du nettoyage aux ultrasons
350
300
250
200
150
100
50
0
0 50 100 150 200 250
Fréquence des ultrasons (kHz)
Ray
on d
e ré
son
ance
des
bu
lles
(μ
m)
Surfaces
Ultrason
Température
Temps
NettoyeurH2O
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 13 12 | Technologie du nettoyage aux ultrasons
Une grande fiabilité
Les transducteurs d'ultrasons KKS garantissent une
longue durée de vie et de grandes performances :
Montage peu encombrant
Puissance maximale
Acier inoxydable DUPLEX pour minimiser l'érosion par
cavitation
Constructions de transducteurs
Les constructions de convertisseurs d'ultrasons sont
divisées en deux catégories principales :
Transducteurs de surface avec rayonnement direct ciblé
Transducteurs à tige/tube avec rayonnement complet.
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Détergent
Comme l'eau seule est insuffisante pour le nettoyage
aux ultrasons, il est systématiquement conseillé d'utili-
ser des détergents (liquides détergents avec des addi-
tifs chimiques, en particulier des substances actives en
contact de surface). Ceux-ci doivent être développés
spécialement pour assurer un résultat optimal du net-
toyage. Pour le nettoyage aux ultrasons, le choix du
détergent est aussi important que la conception de l'équi-
pement à ultrasons nécessaire (générateurs, émet-
teurs, fréquence de service etc.). Ce qui est déterminant,
est la possibilité d'enlever ou d'attaquer chimiquement
au mieux les impuretés ou le fluide qui lie les contamina-
tions. Et cela, en attaquant le moins possible les pièces
nettoyées. En plus, la matière des pièces nettoyées,
ainsi que les typologies des impuretés sont déterminants
pour le choix du liquide détergent. Il est systématique-
ment recommandé de faire des tests de nettoyage dans
les laboratoires spécialisés pour contrôler les autres
étapes du nettoyage, telles que le rinçage, le séchage etc.
Le nettoyage industriel des pièces
Pour le nettoyage industriel des pièces dans l'industrie
métallurgique ou dans les traitements de surface,
on utilise le plus souvent deux types de détergents pour
les ultrasons.
Bain aqueux
Alcalin, pH = 8 à 14
Très répandu et coût intéressant. Ces produits n'ont pas
seulement un bon effet nettoyant, ils sont aussi ample-
ment biodégradables, c.-à-d. écologiques. En particulier,
ils sont adaptés pour enlever les huiles et les graisses.
Bain neutre, pH = 7
Acide, pH = 1 à 6
Ces produits à base d'acides inorganiques ou organiques
sont adaptés en particulier pour décaper, dérouiller, et
enlever les couches d'oxyde des métaux. Il est aussi
possible d'enlever les huiles et les graisses d'origine
non-animales.
Installations de solvants
Les installations aux solvants dégraissent très bien,
mais ne peuvent être souvent utilisées que pour des
impuretés clairement définies et dans des conditions
techniques bien précises.
Les avantages du nettoyage aux ultrasons
Des surfaces propres en profondeur sans moyen méca-
nique – même avec des structures poreuses ou à
pores ouverts, des géométries compliquées, des fentes
étroites ou des trous borgnes
Des durées de nettoyage courtes, de quelques secondes
ou minutes
Manipulation facile et rapide
Utilisable pratiquement sur tous les types d'impuretés
et de matériaux
Pas de travail manuel fatigant et cher
Il faut nettement moins d'additifs chimiques que pour
les processus de nettoyage traditionnels
Le déroulement du nettoyage peut être automatisé et
fournit des résultats reproductibles
Le nettoyage est un succès
Un grand choix
En tant que fournisseur de solutions d'ensemble
pour le nettoyage aux ultrasons, KKS propose tout
sous une seule responsabilité.
Détergents adaptés aux ultrasons
Composants adaptés aux ultrasons
Installations de nettoyage aux ultrasons
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Avec un transducteur à tube ou à tige, il y a d'abord la génération d'une vibration longitudinale, qui est transmise radiale-ment à 360° par la tige ou par le tube. La déviation de la vibration mais aussi la longueur de la tige provoquent des pertes supplémentaires et un manque d'homo-généité.
Les transducteurs exercent une refraction de champs proche avec une grande portée homogène. Transducteurs de surfacePar sa grande surface plane, une énergie d'ultrasons élevée est transmise unidirectionellement dans un bain. Cela donne un rayonnement ciblé.
AvantagesFréquences DUAL (27 & 80 kHz / 30 & 60 kHz / 40 & 100 kHz)Champ d'ondes homogène optimal dans la cuve de nettoyageTrès bon rapport qualité-prixMeilleure qualité de nettoyage
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Les transducteurs émettent des ondes par niveau en forme de disque, mais perdent de la puis-sance avec la distance.
AvantagesEspace minimumEmission des ultrasons particulièrement adaptés aux trous
InconvénientsPlus grandes pertes de puissance lors de la production des vibrations dans le transducteurRayonnement radial dommageable pour la cuveEmission non-homogène à cause des zones mortes entre les niveaux
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248244240236232228224220236232228224220216212208204200
Sch
alld
ruck
pege
l [dB
rel 1
µPa
]
0 0.1
0.2 0.3
0.4 0.5
240
220
200
X-Distanz [m]
Y-Distanz [m]
[m] 0.6 0.5
0.4 0.3
0.2 0.1
0
hoher Schalldruck
Schallfeld mit grosser Reichweite
tiefer Schalldruck
starke radiale Schalldruckabnahme
Scha
lldru
ckpe
gel [
dB]
0 0.1
0.2 0.3
0.4 0.5 [m]
[m] 0.6 0.5
0.4 0.3
0.2 0.1
0
248244240236232228224220236232228224220216212208204200
Sch
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µPa
]
hoher Schalldruck
tiefer Schalldruck
220
2400.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Y-D
ista
nz [m
]
X-Distanz [m]
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Schalldruckpegel [dB]
Schallfeld mit grosser Reichweite
starke radiale Schalldruckabnahme
pression accoustique élevée
pression acoustique bassen
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e pr
essi
on a
cou
stiq
ue
nive
au d
e pr
essi
on a
cous
tiqu
e
Champ acoustique avec une grande portée
Baisse radiale de la pression
pression accoustique élevée
pression acoustique basse
nive
au d
e pr
essi
on a
cous
tiqu
e
niveau de pression acoustiqueChamp acoustique avec une grande portée
Baisse radiale de la pression
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 15 14 | Technologie du nettoyage aux ultrasons
La cuve ou le bain est rempli de détergent (tenir compte
de la hauteur de remplissage et du volume de refoule-
ment !) et – si nécessaire – chauffé à la température de
service.
Ensuite, il faut ajouter l'additif chimique.
Les ultrasons sont mis en marche et réglés à la puis-
sance maximale (de préférence ultrasons pulsés ou
fréquence d'ultrasons élevée), pour « dégazer le liquide
du bain ». Cette procédure dure de quelques minutes à
30 minutes, selon la puissance des ultrasons disponible,
et la température du bain.
« Service après-vente »
KKS fournit pendant toutes les phases du projet une
assistance et un support compétents. Cela comprend
des prestations individuelles de service au client.
Les clients de KKS reçoivent une livraison rapide
et ponctuelle dans les domaines de la planification du
montage et du service après-vente de leurs équipe-
ments et installations. Des offres de services flexibles,
adaptées aux besoins des clients, assurent un ni-
veau élevé de la disponibilité de l'installation et de la
satisfaction des clients à long terme.
La durée du nettoyage varie de quelques secondes à
quelques minutes en fonction de la souillure et de
la capacité de dissolution chimique du liquide détergent.
En présence d'impuretés anciennes ou incrustées,
comme c'est notamment le cas lors des travaux de main-
tenance, la durée du traitement peut être plus longue.
Dans ce cas, il peut être recommandé par ex. de faire
tremper les pièces préalablement dans le bain. Le résul-
tat du nettoyage est amélioré en bougeant les pièces
dans le bain, par ex. avec un outillage oscillant intégré
ou en bougeant manuellement les pièces (cela évite
l'effet des ultrasons fixes), car cela favorise l'évacuation
des couches déjà dissoutes. Lors de l'enlèvement des
pièces d'un bain non traité en continu, du liquide peut
rester sur la surface des pièces ou des particules
peuvent adhérer encore à la surface,il faut ensuite rincer
les pièces nettoyées.
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Dégazage du liquide du bainDans les liquides neufs et froids, de plus grandes quantités d'air ou d'autres gaz sont toujours dissous ou sous forme de petites bulles insolubles. Au début du traitement aux ultra-sons, celles-ci coagulent d'abord (cavitation du gaz) et re-montent à la surface.Une grande partie de l'énergie en ultrasons fournie est consommée pendant le dégazage – cela diminue nettement l'effet de nettoyage sur les pièces.L'adjonction de tensioactifs aux solutions aqueuses accélère le dégazage. De nombreux additifs de détergents contiennent déjà un tensioactif.Il est recommandé d'observer le dégazage et de le contrôler en conséquence. Il faut recommencer cette procédure avec le même liquide uniquement après un arrêt prolongé (jour), ou un mélange intensif (ensemble pompe – filtre) avec la surface du bain.
Consignes générales de nettoyageMalgré la diffusion générale des ultrasons dans tout le volume du bain, une accumulation de nombreuses petites pièces et les pièces de grande taille peuvent entraîner des effets d'écran. Cela signifie que l'intensité des ultrasons présente sur la pièce elle-même, ne suffit pas pour déclencher la cavitation sur la surface. La pièce n'est pas assez nettoyée.Un contact direct avec la surface d'émission, en particulier avec les ultrasons au fond de la cuve, entraîne une efficacité insuffisante du nettoyage, et endommage le transducteur d'ultrasons.Nettoyage des pièces
Les pièces doivent être mises directement dans le bain
ou accrochées à un outillage support de manière à
être plongées entièrement. Pour cela, il faut respecter
une distance minimale d'env. 5 à 10 cm des surfaces
de rayonnement des ultrasons. Ici, il faut tenir compte
des points suivants :
Si possible ne pas empiler les petites pièces. Les pièces
plates (lentilles, circuit imprimés) doivent être le
plus souvent placées parallèlement à la direction des
ultrasons,
Placer individuellement les pièces en rack si possible
selon leur surface.
Entretien du bain
Après chaque cycle de nettoyage et en cas d'arrêt
prolongé, il faut changer le liquide du bain et nettoyer la
cuve. Il faut enlever les résidus éventuels.
Généralités concernant l'utilisation des bains de nettoyage aux ultrasons
Technologie du nettoyage aux ultrasons | 17 16 | Technologie du nettoyage aux ultrasons
Par une émission séquentielle ou simultanée avec deux
fréquences harmonisées, p. ex. 27 kHz et 80 kHz, il
est possible d'obtenir d'excellents résultats de nettoyage,
avec des durées de processus relativement courtes.
Technologie des ultrasons DUAL
La technologie de fréquence DUAL ou MIX se révèle de
plus en plus comme l'un des procédés de nettoyage
aux ultrasons les plus efficaces. Des comparatifs et des
essais ont apporté des nouvelles informations . Ainsi,
l'association du nettoyage intermédiaire et du nettoyage
de précision au cours du même processus augmente
la flexibilité, et permet d'obtenir d'excellents résultats de
nettoyage, inégalés à ce jour. A basses fréquences,
avec la technologie de fréquence DUAL ou MIX, il y a
moins de bulles de cavitation, mais par contre elles
sont plus grandes, et elles ont une force d'implosion
élevée. Les couches d'impuretés complexes éclatent et
la structure de la surface devient plus grande. Par contre
à hautes fréquences, il y a beaucoup plus de bulles
de cavitation, mais elles sont plus petites avec une force
d'implosion moins importante.
Les bulles de cavitation plus petites assurent que même
les surfaces poreuses, les structures à pores ouverts,
ainsi que les plus petits trous et les structures fines, sont
nettoyés des impuretés. Grâce aux émetteurs à fré-
quence DUAL, il est possible de faire le nettoyage inter-
médiaire et le nettoyage de précision dans le même
bain.
Exemples de montage de transducteurs de
surface et d'équipement direct des cuves
L'équipement des cuves avec des transducteurs de
surface ou l'équipement direct des cuves dépend de la
taille et de l'utilisation de la cuve.
Émetteurs à fréquence Dual KKSNous les développons et nous les construisons de grande qualité.pour un rendement maximumdes dimensions personnaliséesdes membranes à ultrasons de 2/3/5 mm d'épaisseurdes membranes en acier inoxydable DUPLEX
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Equipement intégral ou partiel des cuves
Equipement intégralAvantage : puissance maximale grâce à l'équipement intégralInconvénient : coûts d'acquisition élevés
Equipement partielAvantages : L'équipement ultérieur des emplacements vides est possible ; coûts d'acquisition réduits de moitiéInconvénient : moins de puissance
Conceptions spécifiques aux clientsComme les installations, les transducteurs de surface sont conçus au niveau puissance et taille, selon les spécifications du client. Sur les cuves à équipement intégral latéral, il est possible selon le type de nettoyage, d'équiper le fond de la cuve avec des trans- ducteurs de surface. Tous les transducteurs de surface peuvent être fournis avec des membranes de 2/3/5 mm. Les transducteurs de surface sont fabriqués en acier inoxydable 1.4462, résistant à la cavitation, aux acides et à la corrosion.
Exemple de montage de vibrateurs d'angleCes vibrateurs sont utilisés sur des installations spéciales, à 1 cuve ou là où l'espace réduit doit être exploité d'une manière optimale. Ils sont compatibles à l'utilisation sous vide.
Exemples de montage d'équipement direct de cuve(nettoyage de précision) Avec les volumes de cuve inférieurs à 100 litres, la tôle de la cuve est équipée directement de émetteurs, le plus souvent sur le fond seulement. Si le besoin en puissance est plus élevé, il est aussi possible d'équiper les parois.
Le bain à fréquence MIX
Les émetteurs vibrent sur la paroi de la cuve à ultrasons,
avec des fréquences différentes que le fond de la cuve.
Par un fonctionnement simultané avec deux fréquences
harmonisées, p. ex. 27/ 80 kHz, 30 / 60 kHz et 40 / 100 kHz,
il est possible d'obtenir d'excellents résultats de net-
toyage, inégalés à ce jour.
haute fréquence
ou
basse fréquence
haute fréquence
basse fréquence
Technologie des ultrasons à fréquence DUAL ou MIX
La technologie du système à ultrasons de KKS | 19
La pureté avec la technologie :Systèmes d'ultrasons de KKS
Les émetteurs à ultrasons de KKS se caractérisent par
leur durée de vie extrêmement longue, leur sécurité de
fonctionnement, ainsi que par leur puissance constante.
Ils sont composés de deux disques piézocéramiques,
fixés mécaniquement par deux pièces métalliques. La
puissance nominale d'un émetteur est généralement de
50 watts avec toutes les fréquences.
Une technologie optimale
KKS propose des solutions technologiques performantes
pour tous les domaines d'utilisation.
Technologie Signification
Fréquence SINGLE L'équipement à ultrasons fonctionne
avec une fréquence.
Fréquence DUAL L'équipement à ultrasons peut fonc-
tionner au choix avec deux fréquences.
Fréquence MIX S'il y a dans une cuve à ultrasons,
deux circuits oscillants avec deux géné-
rateurs, il est possible de nettoyer
simultanément avec deux fréquences.
En particulier, les nettoyages qui exigent plusieurs
fréquences d'ultrasons, sont du domaine de la technolo-
gie des ultrasons de KKS. Les émetteurs à ultrasons
performants de KKS permettent – avec nos générateurs
d'ultrasons – l'équipement de dispositifs à ultrasons
avec une technologie de fréquence SINGLE, DUAL et
MIX.
Paires de fréquence standard :
27 et 80 kHz
30 et 60 kHz
40 et 100 kHz
Basses fréquences de 27, 30 ou 40 kHz
Nettoyage intermédiaire
Génèrent moins de bulles de cavitation, mais elles sont
plus grandes avec une force d'implosion élevée
Enlèvent les couches de salissures tenaces
Hautes fréquences de 60, 80 ou 100 kHz
Nettoyage fin
Génèrent beaucoup de bulles de cavitation, mais elles
sont plus petites avec une force d'implosion moins
importante.
Enlèvent les couches de salissure dans les plus petits
trous et les structures fines ou les surfaces poreuses
Ménagent la surface
Avantages de la technologie à fréquence MIX :
L'émission simultané dans le même bain de nettoyage,
avec plusieurs fréquences d'ultrasons harmonisées,
garantit en un instant réduit un nettoyage profond et
doux des pièces complexes.
Les différentes fréquences des ultrasons peuvent être
utilisées simultanément ou séparément
Association d'une énergie de nettoyage élevée à un
effet en profondeur
Nettoyage doux en profondeur
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Émetteurs à ultrasons haute performance
27 / 80 kHz
30 / 60 kHz
40 / 100 kHz
La technologie du système à ultrasons de KKS | 21 20 | La technologie du système à ultrasons de KKS
Générateur KKS RS-K dans un carter avec refroidisseur Générateur KKS FT-TM Générateur KKS FT-MG
De vrais plus
La technique des générateurs à ultrasons de
KKS réunit toute une série d'arguments détermi-
nants :
Compacts et puissants – des modules à ultrasons
jusqu'à 2000 watts
Une disponibilité maximale – avec une sécurité
contre les courts-circuits et le fonctionnement à vide
Les meilleurs résultats de nettoyage – modulation
de fréquence automatique, optimisation de la
fréquence et maintien de puissance constante
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Générateurs d'ultrasons haute performance
RS-K : L'appareil compact performant
Le générateur RS-K est conçu pour l'utilisation
industrielle jusqu'à 1000 watts. Avec sa construction
compacte sans ventilation active, il est idéal pour le
montage au dessous d'une installation de nettoyage.
Dimensions 350 × 145 × 105 mm
Domaine d'utilisation idéal Installation de nettoyageà une ou plusieurs cuves
Puissance des ultrasons 50 – 1000 W
Régulateur de puissance 10 – 100 %
Fréquences des ultrasons SINGLE : 27 / 30 /40 / 60 / 80 kHz
Commande à microprocesseur
Fonction dégasage –
Optimisation automatique de la fréquence
Puissance maintenue constante automatiquement
Interface analogique –
Interface AnyBus –
Messages de défaut
Support de module 19’’ –
FT-TM : Le modèle sur table avec
toutes les possibilités
Le générateur FT-TM est conçu pour l'utilisation indus-
trielle jusqu'à 2000 watts. Particulièrement compact,
grâce à une efficacité et une flexibilité maximales, il
répond à tous les besoins. Toutes les fonctions peuvent
être commandées manuellement ou intégrées dans la
commande de l’ installation.
Dimensions 400 × 150 × 91 mm
Domaine d'utilisation idéal Installation de nettoyageà une ou plusieurs cuves
Puissance des ultrasons 50 – 2000 W
Régulateur de puissance 10 – 100 %
Fréquences des ultrasons SINGLE : 27 / 30 /40 / 60 / 80 / 100 kHzDUAL : 27 & 80 / 30 & 60 /40 & 100 kHz
Commande à microprocesseur
Fonction dégasage
Optimisation automatique de la fréquence
Puissance maintenue constante automatiquement
Interface analogique
Interface AnyBus –
Messages de défaut
Support de module 19’’ –
FT-MG : Le générateur modulaire sans compromis
La construction modulaire du générateur FT-MG ouvre
de nombreuses possibilités adaptées à toutes les exi-
gences. Les différents modules du générateur peuvent
être montés facilement par devant dans un boîtier
modulaire ou sur un support de module 19’’/4HE FT. Les
emplacements suivants sont disponibles :
Dimensions –
Domaine d'utilisation idéal Installations de nettoyage à plusieurs cuves,Installations de nettoyage automatiques
Puissance des ultrasons 50 – 8000 W ; maxi. 8 000 watts par boîtier modulaire ou support de module 19”/4HE FT
Régulateur de puissance 10 – 100 %
Fréquences des ultrasons SINGLE : 27 / 30 /40 / 60 / 80 / 100 kHzDUAL : 27 & 80 / 30 & 60 /40 & 100 kHz
Commande à microprocesseur
Fonction dégasage
Optimisation automatique de la fréquence
Puissance maintenue constante automatiquement
Interface analogique
Interface AnyBus
Messages de défaut
Support de module 19’’
4 modules de puissance à ultrasons, jusqu'à
2000 watts chacun
1 module pour la commande manuelle
1 module AnyBus pour l'intégration des générateurs
dans les équipements de commande et de contrôle
Equipements mixtes avec des modules à différentes
fréquences et puissances
La technologie du système à ultrasons de KKS | 23 22 | La technologie du système à ultrasons de KKS
Transducteur immergé pour fixation par boulons sur la paroi de la cuve à ultrasons
Transducteur immergé avec crochets de fixation à une cuve à ultrasons.
Transducteur immergé avec brides de fixation à un dispositif d'accrochage dans la cuve de fixation
Transducteurs à ultrasons haute performance
En tant qu'éléments de transmission des ondes des
ultrasons au liquide détergent, les transducteurs ou les
systèmes à ultrasons influencent d'une manière déter-
minante l'efficacité et la sécurité du processus d'une
installation de nettoyage aux ultrasons. Le développe-
ment et la fabrication de tels systèmes spécifiques aux
clients, et d'équipements à ultrasons de toutes tailles et
de toutes classes de puissance, font partie des compé-
tences principales de KKS. Pour cela, il y a des normes
de qualité très strictes. Ainsi, nous utilisons toujours là
où c'est possible, pour nos transducteurs, de l'acier
inoxydable DUPLEX qui présente une très grande résis-
tance à l'érosion par cavitation. Nos produits garan-
tissent une longue durée de vie et une puissance maxi-
male.
Technologie de fréquence DUAL
Tout élément monté dans nos transducteurs à ultra-
sons a la capacité de pouvoir générer au moins deux
fréquences. Cela a l'avantage que dans le même bain à
ultrasons, il est possible de faire aussi bien un net-
toyage intermédiaire, qu'un nettoyage de précision. S'il y
a au moins deux sources vibrantes dans le même bain à
ultrasons, il est possible d'optimiser le processus de
nettoyage avec la technologie de fréquence MIX, et ainsi
de réduire le temps du processus.
Transducteurs immergés – robustes et flexibles
Nos transducteurs immergés se caractérisent par une
construction robuste, un rendement élevé, une diffu-
sion ciblée, ainsi que par de nombreuses possibilités de
montage. Ils sont installés le plus souvent dans de
grandes cuves à ultrasons à puissances élevées. L'équi-
pement ultérieur des cuves de nettoyage est possible
sans grandes transformation.
FT-MG : Les composants
Modules de puissance
à ultrasons
Modules haute performance, com-
mandés par microprocesseur,
avec toutes les fréquences dispo-
nibles pour les utilisations SINGLE,
DUAL et MIX. Peuvent être insérés
facilement par devant dans un
boîtier modulaire ou sur un support
de module 19”/4HE FT.
Module pour une commande
manuelle facile
Module pour la commande et le
réglage des paramètres des ultra-
sons pour tous les modules de
puissance d'un générateur modu-
laire.
Module AnyBus – Intégration
flexible dans les systèmes
de commande et de contrôle
supérieurs
Le module AnyBus permet l'intégra-
tion facile des générateurs par
différents systèmes de BUS, tels
que PROFIBUS, PROFINET, Device
NET, EtherCAT etc. Il est possible de
commander individuellement
jusqu'à 4 générateurs modulaires,
avec en tout 16 modules de puis-
sance.
La technologie du système à ultrasons de KKS | 25 24 | La technologie du système à ultrasons de KKS
Transducteur à plaque avec cadre appuyable Cuve à ultrasons équipée d'émetteurs sur le fond et un côté longitudinal
Exemple d'installation d'une cuve avec des transducteurs à plaques – vue intérieure
Exemple d'installation d'une cuve avec des transducteurs à plaques – vue extérieure
Vue d'installation d'un transducteur à plaqueavec membrane coudée
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Transducteurs d'angle longue durée
Modèles spécifiques aux clients –
rapidement et facilement
Nous écoutons nos clients, nous nous préoccupons
de leurs besoins, et nous étudions leurs applica-
tions pour développer des solutions technologiques
performantes. Les modèles d'équipements à ultra-
sons spécifiques aux clients, la fabrication de cuves
à ultrasons complètes, ainsi que l'équipement de
cuves, de plaques vibrantes, de réacteurs ou d'autres
composants font partie de notre offre de services.
Nous sommes votre partenaire – nous vous aidons
volontiers à planifier et à réaliser vos installations à
ultrasons spécifiques.
Autres informations sur : www.kks-ultraschall.ch
Transducteurs à plaques – peu encombrants et
extrêmement efficaces
Nos transducteurs à plaques sont des équipements à
ultrasons robustes et efficaces, fixés sur une membrane
en acier inoxydable droite ou angulaire. Ils sont fixés
par brides avec un cadre soudé et de pression, en éco-
nomisant de la place, dans un passage adapté de la
cuve de nettoyage. Le montage ne réduit pas le volume
de la cuve. C'est pourquoi les transducteurs à plaques
sont aussi bien adaptés pour la première monte, que
pour le rééquipement des bains en place.
Transducteurs à ultrasons longue durée – densité
de puissance et durée de vie maximales
Nos systèmes de transducteurs longue durée se carac-
térisent par leur construction extrêmement robuste. La
membrane US de 5 mm d'épaisseur et le carter de 3 mm
d'épaisseur sont fabriqués uniquement en acier inoxy-
dable DUPLEX, et se caractérisent par des durées de vie
supérieures à la moyenne.
Les systèmes longue durée sont utilisés de
préférence pour les exigences suivantes :
Densité de puissance maximale
(watt /surface de membrane)
Faible de volume de montage
Beaucoup de contamination dans le bain de nettoyage
Exigences mécaniques élevées
Utilisation sous vide
Les transducteurs longue durée sont livrables
avec des formes différentes :
Rectangulaires, émetteurs immergés
Triangulaires, émetteurs d'angle
26 | La technologie du système à ultrasons de KKS
Liste des sources
Sobotta, R., Jung, Ch. (2005): Messung der Kavitationsrauschzahl. Fortschr. d. Akustik, DAGA’05: 581 – 582.
Kanegsberg, B., Kanergberg, E. (2006): Parameters in ultrasonic cleaning for implants and other critical devices. J. ASTM Int. 3, 1 – 8.
Kuttruff, H. (2004): Akustik: Eine Einführung S. Hirzel Verlag, Stuttgart, ISBN 3-7776-1244-8.
Schmidt, H. (1999): Ultraschallanwendungen in der industriellen Teile reinigung. Workshop «Von der Kavitation zur Sonotechnologie», VDI, 26.1.1999.
Suslick, K. S. (1989): Die chemischen Wirkungen von Ultraschall. Spektrum der Wissenschaft (April), 60 – 66.
Autres informations sur :
www.kks-ultraschall.ch
15-0
2-12
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-ULT
RA-F
02
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