CH679404A5

CH679404A5 -

Info

Publication number: CH679404A5
Application number: CH314689A
Authority: CH
Inventors: Lothar Dr Winkler
Original assignee: Lothar Dr Winkler
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1992-02-14
Also published as: ATA204389A; AT395720B; DE3829515C2; DE3829515A1

Description

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CH 679 404 A5

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Behandeln der Oberflächen von Werkstücken in wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere wässrigen Lösungen und/oder Spülwässern.

Derartige Behandlung werden beispielsweise in der Galvano- und Oberflächentechnik eingesetzt; hier gelangen die verschiedensten wässrigen Lösungen wie Salzlösungen, Säuren, Laugen und Metall-elektrolyte zum Vor- oder Nachbehandeln der Oberflächen wie z.B. Entfetten, Beizen, Dekapieren, Phosphatieren oder Chromatieren und zum Hauptbehandein wie beispielsweise Brünieren, Anodisieren oder Abscheiden von Metallüberzügen im Wechsel mit Spülwässern in Gestalt von Stand-, Fliess-, Spritz- oder Sprühspülen zur Anwendung.

Alle diese Behandlungen sind mit einem Anhaften der Behandlungsflüssigkeit an der behandelten Oberfläche verbunden; dieses führt trotz des auf jede Behandlung unmittelbar folgenden Abtropfvorganges zu einer Ausschleppung von Behandlungsflüssigkeit und Einschleppung in die nachfolgenden wässrigen Lösungen und/oder Spülwässern. Zum Ausgleich bedarf es einer ständigen Ergänzung der ausgeschleppten Behandlungschemikalien sowie des Ersatzes der durch Einschleppen verunreinigten wässrigen Lösungen und/oder Spülwässer durch frisch zubereitete Lösungen bzw. Frischwasser, wodurch erhebliche Mengen an mit Schadstoffen belasteten Abwässern anfallen, die sowohl in wirtschaftlicher als auch ökologischer Hinsicht mit Rücksicht auf die sich laufend verschärften Umweitschutzan-forderungen höchst unerwünscht sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Mangel durch eine beträchtliche Verminderung des Bedarfs an Behandlungschemikalien und Frischwasser abzuhelfen und damit die Abwassermenge und -belastung mit Schadstoffen zu senken.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das den Behandlungsflüssigkeiten zugrunde liegende Wasser vor der Behandlung in einem magnetischen Feld aktiviert wird.

Im Falle von Behandlungslösungen kann die Wasseraktivierung dadurch vorgenommen werden, dass entweder das Wasser vor dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit oder aber die Behandlungsflüssigkeit nach dem Ansetzen aktiviert wird.

All dies kann in einem Temperaturbereich zwischen dem Erstarrungs- und dem Siedepunkt der jeweiligen Lösung bzw. des jeweiligen Spülwassers erfolgen.

Als Magnetfeld kann ein permanentmagnetisches oder ein elektromagnetisches verwendet werden.

Die Aktivierung von Wasser in einem magnetischen Feld ist an sich bekannt. Bereits im Jahre 1890 wurde vom Kaiserlichen Patentamt das Patent 58 797 für eine Vorrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus nichtalkoholhaltigen Flüssigkeiten erteilt, bei welcher ein Magnet oder eine sonstige zur Erzeugung eines magnetischen Feldes geeignete Vorrichtung in der Nähe des sich fortbewegenden Flüssigkeitsstromes angeordnet ist.

In neuerer Zeit werden Geräte zur permanentmagnetischen oder elektromagnetischen Wasseraktivierung handelsüblich angeboten mit dem Zweck, Kalkablagerungen in Maschinen und Rohrleitungen zu verhindern oder wieder zu beseitigen.

Weder das oben erwähnte Patent des Kaiserlichen Patentamts noch die heutigen Geräte befassen sich jedoch mit den physikochemischen Grundlagen der Aktivierungswirkung des magnetischen Feldes auf das Wasser. Man erklärt vielmehr die Vermeidung oder Beseitigung von Kalkablagerungen dadurch, dass sich der Kalk im aktivierten Wasser als loser und schlammiger Kalzit ausscheidet oder in diesen umwandelt und nicht wie der im nicht aktivierten Wasser ausfallende Aragonit zu festverkrusteten Ablagerungen führt. Der Ursache dieser Kalzitbildung gegenüber bleibt man jedoch die Erklärung schuldig.

Demgegenüber geht die Erfindung von der bekannten Erscheinung aus, dass in Schmelzen und Flüssigkeiten Nahordnungen der Atome und Moleküle vorliegen, die sich aus den Kristallstrukturen herleiten lassen, welche diese Stoffe im festen Zustand dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes besitzen. Diese Nahordnung sind auch kurz oberhalb des Schmelzpunktes deutlich ausgeprägt, verlieren sich jedoch dann mit weiter ansteigender Temperatur allmählich zugunsten einer rein statistischen Verteilung der Atome und Moleküle.

So wird auch die Gitterstruktur von gefrorenem Wasser beim Auftauen durch den Schmelzvorgang zwar aufgebrochen, doch bleibt die räumliche Zuordnung der Wassermoleküle infolge der starken Wasserstoffbrückenbindung noch weitgehend erhalten. Durchfliesst Wasser ein magnetisches Feld, so scheint eine Veränderung dieser Fiüssigkeitsstruktur stattzufinden, denn derart aktiviertes Wasser zeigt bezüglich Kalkablagerungen, Hautverträglichkeit oder Schaumbildung nach Zusatz von Tensiden ein deutlich anderes Verhalten als nichtaktiviertes Wasser, das beispielsweise zu dem oben erwähnten Vermeiden oder Beseitigen von Kalkverkrustungen führt. Auch wurde festgestellt, dass die Haut der Hände von Personen, die häufig mit Wasser umzugehen haben, deutlich weniger stark angegriffen wird, so dass Hautpflegemittel weniger häufig angewendet werden müssen. Der Waschmitteleinsatz kann reduziert werden, und das Verwenden von Weichspüiern für Wäsche oder Haare entfällt zumeist völlig. Da der Kalk aus dem Wasser nicht entfernt wird, entstehen nach dem Abtrocknen des Wassers zwar Flecken, die sich jedoch leicht mit einem Tuch abwischen lassen. Perlatoren verkrusten nicht mehr, und der Regenerierbedarf von Spülmaschinen sinkt deutlich.

Im Fall der vorliegenden Erfindung ist nun überraschenderweise festgestellt worden, dass die Aus2

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schleppverluste im Falle der erfindungsgemässen Aktivierung des den Behandlungsflüssigkeiten zugrundeliegenden Wassers vor der Behandlung in einem magnetischen Feld zu einer beträchtlichen Senkung der Ausschleppverluste bis zu 45% führt. Die Ursache hierfür ist, wie Laborversuche inzwischen bestätigt haben, eine deutliche Minderung der Wasserviskosität und der Oberflächenspannung des Wassers.

Die Herabsetzung der Oberflächenspannung bei magnetisiertem Wasser war zwar auch bereits bekannt, wie sich u.a. als Ergebnis eines Verfahrens zur physikalischen Aktivierung von Flüssigkeiten, insbesondere des Wassers zu deren grenzflächenaktivierender Verwendung gezeigt hat (DE-OS 2 830 956). Die dortigen Verwendungsgebiete sind jedoch anderer Natur und betreffen durchweg den biologischen Sektor, auf dem als wesentlicher Erfolg der Aktivierung die Üppigkeit des Pflanzenwachstums sowie die Frischhaltung des Wassers unter Beibehaltung seines natürlichen Geschmacks herausgestellt ist.

Demgegenüber führt die erfindungsgemässe Anwendung der magnetischen Wasseraktivierung auf die Oberflächenbehandlung von Werkstücken zu einer Minderung der Ausschleppverluste bei gleichbleibenden Taktzeiten im Falle eines Galvanoautomaten oder aber einer Senkung der Taktzeiten bei gleichbleibender Ausschleppung. Die Folgen sind Chemikalieneinsparung, Wasser- und Abwassereinsparung sowie Senkung der Abwasserbelastung einerseits oder eine Erhöhung der Automatenkapazität andererseits.

Im Hinblick auf die sich laufend verschärfenden Umweltschutzanforderungen und die damit wachsenden Kosten gerade im Bereich der mittelständischen oberflächenbehandelnden Industrie kommt der Einsparung an Behandlungschemikalien im Fertigungs- und Abwasserentsorgungsbereich, der Minderung der Wasser- und Abwassermenge sowie der Abwasserbelastung mit Schadstoffen in der erwähnten Grössenordnung eine ausserordentliche wirtschaftliche und ökologische Bedeutung zu.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Versuchs näher erläutert und begründet:

Beispiel

1. Versuchsbedinaunaen:

In die Hauptwasserzuleitung war ein im Handel erhältliches Gerät zur elektromagnetischen Aktivierung von Wasser eingebaut worden. Die für die Versuche verwendeten Wassermengen wurden vor (nichtaktiviert) und nach (aktiviert) dem Gerät entnommen; das Gerät war zum Zeitpunkt der Wasserentnahme bereits vier Monate zur Wasserhärteaufbereitung im Einsatz.

Zu verschleppende Lösung: je ein Liter nichtaktivierte und aktivierte Kupfersulfatlösung, enthaltend 196,5 g/l CUSO4.5H2O oder 50 g/l Kupfer, pH-Wert 5,5, Temperatur 21,5-22,0°C und hergestellt aus nichtaktiviertem bzw. aktiviertem Wasser.

Spülwasser: je ein Liter nichtaktiviertes und aktiviertes Wasser, wie der Wasserleitung entnommen, mit Schwefelsäure auf pH 4,4-4,6 angesäuert, um Kupferhydroxidausfällungen zu vermeiden, Temperatur 21,5-23°C, mittels Magnetrührung laufend intensiv durchmischt.

Verschleppendes Werkstück: Blech aus Normalstahl, 115 mm x 85 mm x.0,9 mm, Oberfläche 2,0 dm2. Die Oberfläche war vor dem Versuch sorgfältig mit Kalk entfettet worden; anschliessend erfolgte eine dichte Verkupferung infolge Zementation; mit Wasser war eine geschlossene Benetzung der gesamten Oberfläche sichergestellt.

2. Versuchsdurchführuna:

Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt: die eine mit nichtaktivierter Lösung und nichtaktiviertem Spülwasser, die andere mit aktivierter Lösung und aktiviertem Spülwasser. Bei jeder Versuchsreihe wurde das Blech abwechselnd in die Kupfersulfatlösung und das Spülwasser getaucht; die Verweilzeit in und die Abtropfzeit oberhalb der Lösung bzw. dem Spülwasser betrugen jeweils 5 s. Vor dem erneuten Eintauchen in die Kupfersulfatlösung wurde das Blech unter fliessendem Leitungswasser gespült und anhaftendes Wasser gut abgeschleudert.

Nach 5, 10, 20, 40 und 70 Durchgängen wurde dem Spülwasser eine 20-ml-Probe zur Kupferbestimmung entnommen; der hierdurch entstehende Volumen- und Konzentrationsfehler wurde im Rahmen der Auswertung rechnerisch korrigiert.

Die Bestimmung der Kupferkonzentration in den Proben erfolgte mittels eines Atomemissionsspektro-grafen (AES-Methode); hierzu mussten die höheren Kupfergehalte entsprechend verdünnt und die Verdünnungsfaktoren bei der Ergebnisermittlung berücksichtigt werden.

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3. Versuchseraebnisse:

Im Spülwasser gemessene und rechnerisch korrigierte Kupferkonzentrationen:

bei nichtaktivierter Lösung Durchgänge Kupferkonzentration iL Analyse korrig.

N

mg/l bei aktivierter Lösung Durchgänge Kupferkonzentration It. Analyse korrig. N mg/l mg/i

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1950

1842

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1060

1002

Mit Hilfe eines PC-Basic-Programmes wurde zu jedem Durchgang (N) der Ausschleppungsverlust (VE) ermittelt, der dem korrigierten Wert der Kupfer(II)-Ionenkonzentration (g/l) am nächsten liegt. Die Resultate, umgerechnet auf den Quadratmeter Oberfläche, sind in Millilitern je Quadratmeter:

bei nichtaktivierter Lösung bei aktivierter Lösung

N

VE (ml/m2)

N

VE (ml/m2)

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32,10

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15,65

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30,90

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19,90

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31,10

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18,70

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32,40

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15,60

70

27,35

• 70

14,60

Mittelwert

30,77

Mittelwert

16,89

Standardabweichung

±2,02

±2,28

Die Versuche bestätigen eine deutliche Minderung der Wasserviskosität durch elektromagnetische Aktivierung. Die von der Viskosität abhängigen Ausschleppverluste werden von 30,8 ml/m2 um 45% auf 16,9 ml/m2 gesenkt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Behandeln der Oberflächen von Werkstücken in wässrigen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das den Behandlungsflüssigkeiten zugrunde liegende Wasser vor der Behandlung in einem magnetischen Feld aktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Behandlungslösungen das Wasser vor dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit aktiviert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Behandlungslösung das Wasser nach dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit aktiviert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld eines Permanentmagneten verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld eines Elektromagneten verwendet wird.

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