Versuch 1
Aus der DE-OS 21 25 535 ist bekannt, eine semiper-
meable Membran aus einem vollkommen inerten
Werkstoff, Polytetrafluoräthylen (PTFE), der außerdem
hervorragende dielektrische Eigenschaften besitzt,
herzustellen. Mit solchen Membranen wurden in an sich
bekannter Weise Osmose-Versuche unternommen und
durch Messungen beobachtet (F i g. 1).
Für die vorliegende Schrift sind folgende Begriffe definiert: Als »Osmose« wird der Netto-FIuß einer
Flüssigkeit, z. B. reinem Wasser, durch eine semi-permeable Membran unter dein Einfluß eines Konzentrationsgefälles bezeichnet
Als »Kapillar-Effekt« wird die Bewegung von Flüssigkeiten in porösen Feststoffen bezeichnet
Als »Elektro-Osmose« wird die Bewegung von
Flüssigkeit, z. B. reinem Wasser, in einem Feststoff mit
kapillarer bzw. semi-permeabler Struktur, unter Einfluß elektrischer Gleichfelder, bezeichnet
Als »Elektro-Phorese« wird die Bewegung von Ionen bzw. kolloiden Partikeln in einer Flüssigkeit, z. B.
Wasser, unter Einfluß elektrischer Gleichfelder bezeichnet
Als »Elektro-Kinese« werden Vorgänge in und an Feststoffen mit semipermeabler oder kapillarer Struktur unter Einfluß elektrischer Gleichfelder bezeichnet
wenn z. B. Elektro-Osmose und Elektro-Phorese gleichzeitig ablaufen.
■ Als »Galvano-Korrosion« werden Vorgänge der elektro-chemischen Zersetzung von Metallen unter
Erzeugung elektrischer Energie bezeichnet
Als »Galvanischer Abbau« wird der elektrolytische Abbau von Metall unter Einfluß eines elektrischen
Gleichstromes bezeichnet
AIa »Elektrolyse« wird die elektrolytische Zersetzung
z. B. von Flüssigkeiten (wie Wasser) unter Einfluß eines
elektrischen Gleichstromes bei Spannungen oberhalb
der elektrolytischen Zersetzungs-Grenzspannung
(EZG), theoretisch U = 1,229 Volt, bezeichnet
Als »Umschlag-Effekt« wird das Phänomen bezeichnet, das sich die »normale« Bewegungsrichtung der
Elektro-Osmose, Elektro-Phorese oder Elektro-Kinese infolge Polaritätswechsel des ZETA-Potentials umkehrt
Als »Eigenpotential« wird das an einem porösen Feststoff auftretende und von außen meßbare, elektrische P' lential definiert Es besteht in der Regel aus dem
Strömungspotential und kann von verschiedenen anderen Potentialen, wie z. B. aus Fremdspannnngsquellen oder aus pH-Wert-Verschiebungen, überlagert sein.
Als »chemische Korrosion« wird der Vorgang bezeichnet, daß chemisch aggressive Substanzen auf die
Oberflächen (metallischer) Elektroden einwirken und sie zersetzen oder elektrisch passivieren.
Der Begriff der »passiven Elektro-Osmose«. wird
nachfolgend nur noch aus Gründen der Kennzeichnung
aus älteren Patentschriften übernommen. Die betreffen
den Verfahren werden im Hinblick auf ihre tatsächliche
Funktion naturgesetzlich korrekt als »Galvano-Κοιτο-
sions-Verfahren«definiert
Der Begriff der »aktiven Elektro-Osmose« wird
nachfolgend nur noch aus Gründen der Kennzeichnung aus älteren Patentschriften übernommen. Die betreffenden Verfahren werden im Hinblick auf ihre tatsächliche
Funktion naturgesetzlich korrekt als »Elektrolyse-Verfahren« definiert
Ein Glasbehälter (1) wurde mit destilliertem Wasser
(2) gefüllt Ein Trichter (3) mit Steigrohr (4) enthielt eine wäßrige Lösung (5). Beide Flüssigkeiten hatten natürliche, voneinander verschiedene, dielektrische Eigenschaften und waren durch eine semipermeable Membran der vorstehend beschriebenen Art voneinander
getrennt. Meßelektroden, z. B. aus Platin (7), deren elektro-chemisches Eigenpotential kompensiert wurde,
lagen auf beiden Seiten der semipermeablen Membran an und waren über Koax-Leitungen (8) an ein
Kompensations-Elektrometer (9) angeschlossen, dessen Eingangswiderstand über Ä,= 10MOhm lag. Am Verstärkerausgang des Elektrometers war ein Schreiber
antrpsrhlnssen. mit dem die Meßergebnisse aufgezeichnet wurden.
Bevor der Versuch in Betrieb gesetzt wurde, d. h. solange der gefüllte Trichter (3) nicht in das Wasser (2)
eingetaucht war, wurde an der Membran (6) eine Spannung von Null gemessen.
Unmittelbar nach Eintauchen des Trichters (3) in das Wasser (2) war eine Spannung meßbar, deren Höhe u. a.
vom osmotischen Wasserdurchsatz abhing. Nach konventioneller Lehrmeinung hätte die Spannung, die
Werte zwischen ca. 10 und ca. 300 mV annahm, um so größer sein müssen, je stärker der Wasserdurchsatz war.
Der Versuch zeigte hingegen, daß die gemessene Spannung sich um so höher einstellte, je geringer der
Durchsatz war. So waren einige Membrantypen besonders wirkungsvoll in osmotischer Hinsicht d. h. es
wurde ein hoher Durchsatz beobachtet dabei stellte sich eine relativ niedrige Membranladung ein. Bei anderen
Membrantypen wurden relativ schwache osmotische Leistungen beobachtet z. B. bei Membranen mit sehr
engen Poren und relativ dicker Wandung, — die gemessene Membranladung war in diesen Fällen
deutlich erhöht
Die Höhe der Membranpotentiale sowie ihre Polarität hing u. a. von den verwendeten Lösungen und
ihren elektrischen Eigenschaften ab. Die Zusammenhänge können an den folgenden Versuchen 2 bis 7
erläutert werden, die mit Lösungen gleicher Wertigkeit durchgeführt wurden.
Versuch 2 (F ig. 2)
Der Versuch zeigt den ersten, allgemein bekannten
Fall der Osmose. Ein Behälter (11) ist mit destilliertem
Wasser (12) gefüllt Der Trichter (13) mit Steigrohr (14) enthält eine Salzlösung (15) und ist durch eine
semipermeable Membran (16) abgeschlossen. Meßelektroden (17), abgeschirmte Meßkabel (18) und das
Elektrometer (19) sind nur angedeutet Erwartungsgemäß wurde ein Wasserdurchsatz in Richtung Lösung bei
»normaler« Potentiallage der Lösung beobachtet (12).
Versuch 3 (F ig. 3)
Der Versuch zeigt den zweiten, bekannten Fall der
Osmose mit gleichem Aufbau wie Versuch Z Lediglich die Lösung ist ausgewechselt Sie besteht aus einer
verdünnten Säure (20). Der Wasserdurchsatz wurde erwartungsgemäß in Richtung auf die Lösung (20) aus
Säure und Wasser bei »normaler« Potentiallage beobachtet
Versuch 4 (F ig. 4)
Der gleiche Versuchsaufbau wie bei Versuch 2 und 3,
jedoch wurde eine Lösung (21) von Traubenzucker,
(CeHizOe), Qualität DAB1 »Für Injektionen«, verwendet
Erwartungsgemäß wurde der Wasserdurchsatz in
Richtung Lösung beobachtet Völlig unerwartet stellte
sich aber auch eine Membranladung ein, die wesentlich
höher lag als in den Versuchen 2 und 3, während der sog.
ίο »Nettofluß«, das ist der meßbare Durchsatz von reiner
Flüssigkeit in Richtung Lösung, geringer war als in
Versuch 2, aber höher lag als in Versuch 3.
Versuch 5 (F ig. 5)
Die Anordnung aus Versuch 4 wurde zu einem bislang unbekannten Experiment benutzt. Das Meßinstrument
(19) wurde kurzzeitig überbrückt d. h. die Meßsonden kurzgeschlossen (22). Dabei konnte ein starker Abfall
der Membranladung beobachtet werden. Die Ladung
baute sich jedoch anschließend, nach Aufhebung des
Membran-Kurzschlusses, wieder in ihrer ursprünglichen Höhe auf. Wurde der Membrankurzschluß jedoch über
längere Zeit aufrechterhalten, so erreichte die Membranladung den Wert Null, wobei anschließend überra-
sehend beobachtet wurde, daß sich bei unveränderter Versuchsanordnung die Potentiallage an der Membran
umkehrte.
Der Vorgang war wiederholt umkehrbar. Das beobachtete Phänomen ist mit bekannten Mechanismen
nicht erklärbar, wie die folgenden Versuche, vor allem der Versuch 8, zeigen werden. Offenbar erfolgte bei dem
Versuch eine Veränderung der elektrischen Verhältnisse an der semi-permeablen Membran, vergleichbar den
Vorgängen eines Umschlag-Effektes bei der Elektro-
Osmose.
Versuch 6 (F ig. 6)
Der Versuch zeigt wiederum die gleiche Versuchsanordnung, jedoch ist in diesem Fall das destillierte
Wasser (12) oberhalb der Membran, d h. im »osmotischen Trichter«, während die Lösung (23) — aus einer
Lauge und Wasser — sich im Behälter (U), d.h. unterhalb der semipermeablen Membran befindet
Völlig überraschend wurde beobachtet, daß sich ein
Nettofluß von Wasser aus der Lösung in Richtung
Wasser (!) einstellte, während die Potentiallage erwartungsgemäß, d.h. entsprechend der Potentiallage
Lösung gegen Wasser, und entgegengesetzt zu der aus Versuch 3 war, d.h. den pH-Werten entsprach. Der
so Versuch war nur relativ kurze Zeit funktionsfähig.
Versuch 7 (F ig. 7)
Dieser Versuch zeigt den an sich bekannten Sonderfall der Osmose, bei dem die Versuchsanordnung
SS aus Versuch 2 (mit Salzlösung) verwendet wurde.
Zusätzlich wurde eine Gleichspannung (24) an die Meßsonden gelegt, weiche dem natürlichen Membranpotential aus Versuch 2 entgegenwirkte, und derart
eingestellt daß die Membranladung a) vermindert
wurde, b) kompensiert wurde, c) überkompensiert
wurde.
Wie nach den Versuchen 5 und 6 nicht anders zu erwarten, stellte sich im Fall a) ein verminderter
Nettofhiß in Richtung Lösung ein, war im Fall b) ein
Durchsatz von Wasser praktisch nicht mehr zu beobachten, verlief im Fall c) der Wasserdurchsatz
(Fig.7) umgekehrt Bei dem beobachteten NettofluB
wurde ausschließlich Wasser transportiert, — es
handelte sich daher um den Vorgang der Elektro-Osmose.
Unerwartet war auch die Beobachtung, daß der Durchsatz von V/asser, d. h. der sogenannte Nettofluß
durch die Membran, mit zunehmender Fremdspannting (zunächst erwartungsgemäß) abnahm, beim Kompensationspunkt Null wurde, danach sich umkehrte, bei
Übe/kompensation in Richtung auf das dest. Wasser wieder einsetzte und mit steigender Überkompensation
anwuchs, aber überraschend bei etwa 2- bis Sfacher Überkompensation sein Maximum erre'.i'ihte und bei
etwa 10- bis 20facher Überkompensation offenbar infolge Elektrolyse und völlig unerwartet praktisch zum
Erliegen kam. Diese Feststellung hat für das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. die Anwendung elektro-kinetischer
Verfahren in der Praxis eine dominierende Bedeutung. Sie widerlegt zahlreiche Veröffentlichungen
und beweist, daß Elektro-Osmose bzw. Elektro-Kinese nur bis zur Grenzs der ElsktroWs? deu£rh?.f· funktionsfähig
sind.
Versuch 8 (F ig. 8)
Der Versuch liefert einen Hinweis, daß die beobachteten
Ergebnisse mit an sich bekannten Zusammenhängen elektro-physikalischer Phänomene allein nicht erklärt
werden können, da diese die Existenz eines fließenden Mediums. z.B. in einer Kapillare, voraussetzt. F i g. 8
zeigt einen Ausschnitt aus einer der Versuchsanordnungen 2 bis 7. Das destl. Wasser (12) berührt von unten eine
semipermeable Membran (16) aus PTFE, das bekanntlich von Wasser nicht benetzt werden kann und stark
antiadhäsive Eigenschaften hat. Die Membran hatte eine Porosität von ca. 80% mit Poren-Durchmessern
von ca. 10 A bis ca. 500 A (Typ I). Zunächst wurde festgestellt, daß die Membran für Wasser als Flüssigkeit
vollkommen undurchlässig war. Der Wassereintrittsdruck lag sogar bei etlichen Metern Wassersäule.
Die semipermeable Membran wurde an ihrer wasser-abgewandten Seite sorgfältig getrocknet und
Kristalle (25) vorsichtig auf die Membran gelegt. Der Versuch wurde mit verschiedenen Kristallarten, Salze
wie auch Zucker, wiederholt. Überraschend setzte stets ein starker Durchsatz von Wasser ein, der die Kristalle
durchnäßte, Wasserperlen an den Kristallen bildete und in ca. 1 Minute die ganze Membran überdeckte. Die
weiteren Beobachtungen entsprachen den Versuchen 2 und 4.
Di«· Ergebnisse der vorstehenden Versuche zeieen,
daß an semiprrmeablen Membranen offenbar natürliche Ladungen existieren, welche ursprünglich gleichnamig
sind, die durch anliegende Feststoffe und Flüssigkeiten aber ungleichnamig werden können und den
Durchsatz von sehr mobilen Wassermolekeln, d. h. von Wasser im nicht-flüssigen Zustand, erlauben bzw.
bewirken.
Die vorstehenden Versuche wurden mit verschiedenen Folientypen durchgeführt:
Folien-Typ
Dicke
Dichte
>·
Kintrittsdruck
(Wasser)
Mittlerer
Poren-0
Porosität
ca. %
50 -A
|
0,46 |
120 μ |
0,4 |
75 μ |
0.42 |
75-25 μ |
0,16 |
25 μ |
0.09 |
20 m |
0,0983 |
Es zeigte sich, daß die wirksame, sogenannte »osmoti- sche Energie«, die man sich als Resultierende aus der
Membranladung und dem Nettofluß vorstellen kann, um so größer ist,
— je chemisch inerter die Membran ist.
— je dünner die Membran ist,
— je besser die dielektrische Eigenschaft der Membran ist,
— je günstiger der Porendurchmesser ist,
— je größer die Porosität der Membran ist,
— je mehr lösliche Substanz vorhanden ist,
— je günstiger eine angelegte, gleichnamige Fremdspannung ist
Die vorstehenden Versuche wurden auch mit anderen Membranen, z.B. aus Dyallisierfolie oder tierischen
Häuten, durchgeführt Die Ergebnisse waren entsprechend, aber schwächer, schlecht reproduzierbar und
funktionierten nur kurzzeitig wegen der geringen Beständigkeit der Membranen.
Neben den grundlegenden Versuchen wurden praxisnahme Experimente durchgeführt, die nachfolgend
beschrieben und schematisch dargestellt sind.
1.55kp/cm2 |
ca. |
150 A |
80 |
1,55 kp/cm2 |
ca. |
150 A |
82 |
1,69 kp/cm2 |
ca. |
125 A |
81
|
l,27kp/cm2 |
ca. |
185 A |
90 |
0,77 kp/cm2 |
ca. |
300 A |
93 |
0.21 kp/cm2 |
ca. |
1100 A |
96 |
4i
|
|
Versuch 9 (F ig. 9)
|
Der Versuch zeigt eine Mauer (26), welche in einem Behälter (27) mit Wasser steht. Unter normalen
Bedingungen steigt Wasser infolge der Kapillarkräfte
;o der Mauer in dieser auf und erreicht eine natürliche
Steighöhe, hier als H-O bezeichnet Versieht man die Mauer mit Elektroden (29 und 30) und legt über diese
eine Gleichspannung (31) an, so steigt das Wasser über die normale Steighöhe (//-O) zu einer Höhe HA auf,
wenn die Richtung des Fehlstellen-Stromes (Plus nach Minus) der natürlichen kapillaren Strömung entspricht
Versuch 10 (F ig. 10)
In diesem Versuch ist die gleiche Anordnung vorhanden, nur die Polarität der Spannungsquelle
umgekehrt Erwartungsgemäß wird das kapillar-eingedrungene Wasser von der Höhe H-O auf eine Höhe H-2,
d. h. in Richtung auf die jetzt negative, untere Elektrode
(30), zurückgedrängt Die Mauer wird gegen eindringendes Wasser gesperrt, der natürliche Kapillar-Effekt
offensichtlich umgekehrt
Aus dem Vorstehenden ergeben sich die Anwendungsfälle der Beispiele 3,4 und 5 des erfindungsgemä-
Ben Verfahrens.
Denkt man sich die Versuche 9 und 10 bzw. die Versuche 1, 2, 7 und 8 derart abgewandelt, daß man sie
auf den Wassertransport innerhalb des Erdreiches anwendet, so ergeben sich die Anwendungsfälle der
Beispiele I und 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Stand der Technik zu den Varianten des erfindungsgrmäßen Verfahrens Iäi3t sich am besten aus
Anwendungsfällen zu den Beispielen 1 bis 5, insbesondere der Beispiele 3 bis 5 ableiten. Nachfolgend ist eine
repräsentative Auswahl bekannter Verfahren und deren Wertung durch Gutachten diskutiert.
Aus der DE-OS 19 26 381 ist ein Verfahren der sog. »passiven Elektro-Osmose« bekannt, bei welchem in ein
feuchtes Mauerwerk nicht-resistente, metallische Elektroden in zwei Ebenen eingelegt werden. Die obere
Ebene wird mit der unteren kurzgeschlossen, die untere vorzugsweise geerdet und so ein Stromfluß im
Mauerwerk erzeugt, der die Strömung des aufsteigenden Wassers unterbinden soil. Ais Äntriebsenergie soii
das infolge kapillarer Strömung im Mauerwerk auftretende Strömungspotential benutzt werden können.
(Dieser Vorgang wäre ein Perpetuum Mobile. Er findet tatsächlich nicht statt. Vielmehr wird ein
Gleichstrom infolge Galvano-Korrosion der Elektroden erzeugt.)
Das Verfahren hat entscheidende Mangel: Zunächst ist kein geeignetes Metall bekannt, das nicht in kürzester
Zeit in aggressiver Umgebung galvanisch korrodiert oder passiviert werden würde. Sobald aber Korrosion
oder Passivierung einsetzt, verändern sich die ohnehin kritischen Übergangswiderstände an den Elektroden.
Weiter existieren bei jeder metallischen Korrosion elektrochemische Potentiale, die die ursprünglichen
Verhältnisse im Mauerwerk grundlegend verändern. Weiter ist zu erwarten, daß an beliebigen, nicht-homogenen,
porösen Feststoffen, gleichviel ob es sich um Mauern, um Erdreich oder um andere Feststoffe
handelt, ziemlich unterschiedliche »Eigenpotentiale« auftreten, die nicht nur von Meßpunkt zu Meßpunkt
differieren, sondern sich auch über einen Beobachtungszeitraum entscheidend ändern. Ferner treten in der
Umgebung von Bauwerken und an diesen sehr oft vagabundierende Ströme teils großer Stärke auf — z. B.
in der Nähe von Straßenbahnen, — welche die Potentiale der porösen Feststoffe stark beeinflussen
können. Selbst scheinbar harmlose Leckströme aus der Hausinstallation oder elektrochemische Vorgänge innerhalb
von Mauerwerken bewirken Veränderungen der internen Potentiale der Feststoffe.
So ist es nicht verwunderlich, wenn das genannte Verfahren regelmäßig schlechte Ergebnisse liefert.
Bei einer Variante des vorstehenden sog. Engelsdorfer Verfahrens besteht die untere Ebene der Elektroden
aus Aluminium-Stäben. Dadurch wird zwischen Anoden und Kathoden das elektrochemische Potential (zwischen
Aluminium und anderen Metallen, bei Eisen ca. 1,18 V) zwar erhöht aber es kommt zu einem besonders
rapiden Abbau der Elektroden. Die Anwendung des Engelsdorfer Verfahrens wurde in etlichen Ländern,
sogar in der DDR selbst zwischenzeitlich behördlich untersagt An diesem Beispiel zeigt sich jedoch, daß die
Verfahren der sog. »passiven Elektro-Osmose« in Wirklichkeit ihre Treiberenergie aus galvanischer
Korrosion (elektro-chemischer Korrosion) beziehen. Deshalb ist es korrekt sie als Galvano-Korrosions-Verfahren
zu definieren.
Die DE-OS 19 44435 ist offenbar auf die vorstehen-
den Nachteile des Verfahrens nach DE-OS 19 26 381 gerichtet und schlägt vor, die metallischen Elektroden
wegen mangelhafter Resistenz in einen Mörtel mit Zusätzen der betreffenden Metalle bzw. Metallsalze
einzubetten. Damit ist das Problem der Korrosion natürlich nicht behoben, da die Elektroden nach wie vor
metallisch sind und in aggressiver Umgebung liegen. Die Behauptung, die Lebensdauer metallischer Elektroden
könne so auf 10 bis 20 Jahre veranschlagt werden, ist falsch. Die Fachliteratur berichtet von Beispielen, wo
schon innerhalb weniger Monate eine hochgradige Korrosion beobachtet worden ist, — dies wird durch
Untersuchungen sowie Erprobungen der Bundesanstalt für Materialprüfung und der EMPA-Ziirich bestätigt.
Aus der DE-OS 17 59 891 ist ein Verfahren bekannt,
das mit einer ungeregelten Fremdspannung arbeitet. Es ist ferner auf spezielle Elektroden gerichtet, die aus
Zementmörtel bestehen, welche mit Graphit bzw. Kupferverbindungen angereichert sind. Diese Elektroden
sind bedarfsweise ίιυίιί ausgebildet und enthalten
metallische Leiter aus Kupfer. Stahl oder Aluminium.
Es leuchtet unmittelbar ein, daß auch hier galvanische Korrosion nicht zu vermeiden ist, daß teilweise die
chemischen Reaktionen, z. B. an der Elektrode mit Kupfersulphat-Beimischungen. sogar heftiger ablaufen
als bei den anderen »passiven« Verfahren. Vor allem läßt aber die Kennzeichnung des Verfahrens nach stark
variablen, d. h. um viele Zehner-Potenzen verschiedenen Größen, — wie z. B. dem elektrischen Widerstand
von Mauerwerk, die Menge des abzuführenden Wassers oder des osmotischen Wertes der Mauer. — den Schluß
zu, daß die Einstellung korrekter Verfahrensdaten Zufallssache, eine Regelung des Verfahrens nicht
möglich ist, — was die Praxis zudem bestätigt. Die einschlägige Fachliteratur (Meßtechnik) sagt jedenfalls
klar aus, daß der Widerstand von porösen Feststoffen wie Mauerwerken, sich einer eindeutigen Ermittlung mit
derartigen, korrodierenden Elektroden entzieht. Damit sind sowohl die Einstellung wie die Regelung von
Verfahrensparametern von vornherein nicht zu erwarten.
Mit dem österreichischen Verfahren nach DE-PS 14 59 998 wurde erstmalig versucht, das Problem des
Elektrodenzerfalls durch Galvano-Korrosion zu beherrschen. Zunächst wurde richtig erkannt, daß metallische
Anoden durch galvanischen Abbau gefährdet sind. Deshalb wird in der DE-PS 14 59 998 vorgeschlagen,
Anoden aus Kohlenstoff (Retortengraphit) zu verwenden. Als Kathoden werden jedoch weiterhin Stäbe,
Bänder oder Drähte aus Metall, z. B. Elektrolytkupfer, verwendet. Das Problem der chemischen Korrosion
bleibt folglich bestehen.
Abgesehen davon, daß bei diesem Verfahren aufwendige Stemm- und Fräsarbeiten am Mauerwerk
erforderlich sind, — die namentlich bei historischen Gebäuden eine Gefahr darstellen, — weist die
Erfindung entscheidende Mängel auf.
Wie die Fachliteratur zeigt sind bei elektro-physikalischen
Verfahren die Obergangswiderstände zwischen Elektroden und Mauerwerk von großer Bedeutung.
Kupferelektroden (Kathoden) werden aber in kurzer Zeit von chemischen Substanzen des Mauerwerks
angegriffen, d. h. chemisch korrodiert Die entstehenden
Kupferverbindungen erhöhen den Obergangswiderstand infolge ihrer Gleichrichterwirkung um Zehnerpotenzen.
Ähnliches gät für andere Elektrodenwerkstoffe. Deshalb werden Anodenspannungen von ca. 4 bis 30
Volt benötigt
Werter wird in der DE-PS 14 59 998 selbst bereits eingeräumt, daß Kohlestäbe, welche als Elektroden
(Anoden) verwendet werden, leicht zerbrechlich sind. Diese Bru'ihgefahr besteht nicht nur beim Einbau der
Anoden, sie ist vor allem beim Verschließen der Mauerschlitze gegeben. Später genügen genüge Versatzbewegungen
der Gebäude, bei denen sich z. B. bestehende Mauerrisse nur um Bruchteile eines Millimeters verändern, um die installierten Graphitstäbe
zu zerbrechen. Damit wird zugleich die elektrische Leitfähigkeit der Anoden unterbrochen, das Verfahren
wirkungslos gestellt.
Sodann weisen Kohlestäbe relativ hohe l.ängswiderstände
auf. Sie können zudem industriell nur in kurzen, ca. 1 m langen Stücken hergestellt und verarbeitet
werden. Die einzelnen Stäbe müssen daher mittels Muffen verbunden und über eine parallel laufende
Zuleitung (aus Kupferdraht) an eine Stromquelle angeschlossen werden. Es bilden sich somit zwangsläufig
bei jprW Anlage zahlreiche Korrosionsstellen mit
einem Kor.osions-Potential, das mindestens dem elektrochemischen Potential zwischen Kohlenstoff
(+ 740 mV) und Kupfer (+ 440 mV) entspricht. An ihren Kontaktstellen v/erden die Kupfer-Oberflächen korrodiert
und passiviert, das Verfahren dadurch zwangsläufig unwirksam.
Vor allem aber ergeben sich prinzipielle Verfahrensmängel, die beliebigen sog. »aktiven Elektro-Osmose«-
Verfahren zu eigen sind. Generell kommt die Fachliteratur zu dem Urteil, daß die sog. »passiven Elektro-Osmose«-Verfahren
nicht wirksam sein können. Einerseits wäre das Prinzip der Ausnutzung des sog. »Strömungspotentials« zur Unterbindung des Kapillareffektes ein
Perpetuum Mobile. Andererseits beziehen die sog. »passiven« Verfahren ihre Energie tatsächlich aus der
Korrosion der Elektroden selbst. Sie sind deshalb mittelfristig funktionsfähig, scheitern prinzipiell an der
galvanischen Korrosion bzw. chemischen Passivierung ihrer Elektroden. Doch ist dieses Problem nicht auf die
»passiven« Verfahren beschränkt.
Bei der Entwicklung der sog. »aktiven Elektro-Osmose«-Verfahren
ging man von der an sich richtigen Überlegung aus, daß die galvanische Korrosion der
Elektroden, deren elektrochemische Zersetzung und die zu geringe Energie von elektrochemischen Korrosionen
entscheidende Mangel darstellen.
Falsch war aber die Annahme, man könne Graphitoder Kohlenstoff-Anoden verwenden, diese seien
elektrochemisch unbedenklich und daher geeignet, mit Fremdspannungen betrieben zu werden. Bereits aus der
Fach- und Patentliteratur läßt sich Gegenteiliges beweisen.
Zunächst ist bekannt, daß bei wäßrigen Elektrolyten ab (theoretisch) 1,229 Volt die elektrolytische Zersetzung
von Wasser einsetzt Je nach pH-Wert und z_ B.
vorliegenden Salzen kann dieser kritische Grenzwert zwischen ca. 0,8 Volt und ca. 1,8 bis 2 Volt (in der Praxis)
schwanken. Die Patentliteratur Ober die Herstellung und Verwendung von Anoden aus Graphit oder
Kunstkohle stellt zudem eindeutig fest, daß Kohlenstoff-Elektroden
unter den Bedingungen der wäßrigen Elektrolyse nicht beständig sind Experimentelle Vergleiche
zeigen sogar, daß Graphitstäbe z. B. weniger resistent sind als zahlreiche Metall-Anoden, sobald
wäßrige Elektrolyse stattfindet. Diese Tatsachen werden in den Patentschriften der sog. »aktiven Elektro-Osmose«
nicht diskutiert Es ist daher erforderlich, die naturgesetzlichen Fakten explizit aufzuführen, um die
Fiktion von elektrolytisch resistenten Metall- o'Jer Graphit-Elektroden richtigzustellen.
Es ist allgemein bekannt, daß unter Normal-Bedingungen wäßrige Elektrolyte bei Spannungen von
(theoretisch) U= 1,229 Volt zerfallen, d. h., sie elektrolytisch zersetzt werden. Diese elektrochemische Zerfalls-Reaktion mit der Summenformel
2H2O ±iU
Wasser + Energie
2 H2 + O:
Wasserstoff- Sauerstoff-Gas Gas
lauft de facto nicht in dieser Form, sondern nach verschiedenen
llalbieaktionen ab. von denen die nachfol-■'
genden beispielsweise angeschrieben sind. Nach J. Koller gilt:
Kathodische llalbrcaktion in alkalischer Lösung:
2(H2O),;, » 2(HU+ 2 OH~
Die entstehenden (OH )-lonen können an der Kathode nicht verbleiben und wandern 'n Richtung
Anode. Auf ihrem Weg verändern sie wegen ihrer :ί negativen Ladung das sog. ZETA-Potential an den
Kapillarwandungen. Dadurch wird der gefürchtete »Umschlag-Effekt«, welcher bislang nicht erklärbar
war. eingeleitet. Dabe kommt es zu einer unkontrollierbaren Umkehr des kapillaren Wassertransportes, -d.h.
in die Bewegung des Kapillarwassers findet entgegen der
»normalen« Bewegungsrichtung der Elektro-Kinese statt.
Weitere Halbreakt'onen finden wie folgt statt:
i'i Kathodische llalbn.aktion in saurer Lösung:
2 1Γ - 2
in saurer und alkalischer Lösung:
2(H).,,,, * (H;),.,.
(H,),,, ► Η, j
(Wasserstoff-Gas entweicht. Gefahr von Knallgas-Bildung!)
Weit folgenschwerer für die Elektroden und das Mauerwerk ist die anodische Halbreakiion der Elektrolyse:
Anodische Halbreaktion in saurer Lösung:
2 (H2OU » 2 (OHU + 2 ir + 2 Γ
(OHU > (OU + H" + f
in alkalischer Lösung:
2 (OH-U » 2 (OHU + 2 e
(OHU + (OH-U <■ (OU + H2O + e~
in saurer und alkalischer Lösung:
(OHU + (OHU » (OU + H2O
(OU
(Sauerstoff-Gas entweicht.)
Erst aus der Addition von vorstehenden Halbreaktionen ergibt sich die Gesamtreaktion als Summenformel:
H2O * H3 + 1/2 O3
mit der unteren Grenze der Zersetzungsspannung bei 25°C und Atmosphärendruck EZG = 1,229 V.
Es kommt also bei der sog. »aktiven Elektro-Osmose« zwangslä'iP.g zur elektrolytischen Zersetzung von
Wasser. Dies wird in einigen Patentschriften und Veröffentlichungen unumwunden eingeräumt, z.T. sogar als wünschenswert beschrieben und falsch dargestellt Tatsächlich kommt es an der Kathode zur Bildung
von Knallgas, werden dort zugleich negativ geladene OH-lonen erzeugt, welche das »Umschlagen« der
elektro-kinetischen Transportmechanismen bewirken. An den Anoden hingegen wird vor allem radikalischer
Sauerstoff in adsorbierter Form erzeugt Dieser greift (in statu nascendi) auch Graphit und Kohlenstoff an und
zerstört Anoden aus diesen Werkstoffen in kurzer Zeit Dabei bilden sich äußerst aggressive Substanzen, wie
z. B. Graphitsäure. Die betreffenden Reaktionsgleichungen wurden von J. Koller wie folgt angeschrieben:
C1x -^- (C1O)2
(CO)2 + H2O >
C2^2COCO2H + H+ + e~
-> C21-J + CO2 + CO + H+ + e~
2 CxOH
C + H2O
C + 2 H2O
C + 4 Cl
CCl4+ 4 €
C2xO + 2 H2O
2e~ +0,52V
■4f + 0,21 V
+ 1,19V
C4, -Ϊ-» (C4F),
C2VHSO4)- · 2 H2SO4
CJHF2
); H2O)2
ten) Gleichung von Nernst elektrischen Potentialen entsprechen:
e = 58 · pH [mV]
Zwischen einem Mauerwerk mit z. B. pH = 12 und einer durch wäßrige Elektrolyse geschädigten Graphit-Anode mit pH = 4 besteht somit ein etektro-chemisches
Potential von
i/=58 - A pH = 58 - (12 - 4) = 58 · 8
i/=ca. 470 m Volt (!)
Graphitsäure
Graphitsäure
Graphitsäure
Die Reaktionen des entstehenden Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff (bzw. Graphit) der Anoden hat
unmittelbare, gravierende Folgen, die Ober das bloße Ablagern von Salzen weit hinausgehen.
Die pH-Werte an den Anoden z. B. sinken bis unter
pH=4 ab. Die elektrischen Verhältnisse werden dadurch vollkommen unkontrollierbar, zumal sich
zugleich auch elektrische Rückwirkungen ergeben. Dazu ist bekannt, daß pH-Werte nach der (vereinfach-
Die Auswirkungen solcher Zersetzungsprozesse
konnten an Fehlschlägen grundlegend studiert werden.
Untersuchungen der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) Berlin kamen erwartungsgemäß zu dem
Ergebnis, daß die Verfahren der (aktiven wie passiven) Elektro-Osmose gleichermaßen an der mangelhaften
Resistenz ihrer Elektroden scheitern müssen. Vor allem zeigt der Versuch 7 dieser Schrift, daß elektro-kinetischer Transport von Kapillarwasser aufhört, sobald
Elektrolyse einsetzt
So stellt sich letztlich die Frage, ob und warum die bekannten Verfahren der sog. »aktiven Elektro-Osmose« nicht mit Anodenspannungen unter der Zersetzungsspannung von Wasser (1,229 V) betrieben werden
können.
Durch die Verwendung von Anoden aus Kohlenstoff und Kathoden aus korrodierbaren Metallen (Kupfer,
Stahl, Zink, usw.) ergeben sich im Mauerwerk elektro-chemische Potentiale, die z. T. im unkorrodier
ten Zustand (z. B. Kohlenstoff mit Zink) bereits mit
U= 1,5 Volt oberhalb der elektrolytischen Zersetzungs-Grenzspannung (EZG) von £/=1,229 Volt liegen. Ihre
Potentiallage selbst ist zudem noch dergestalt, daß sich bereits durch die bloße Anwesenheit der Elektroden
werkstoffe eine Verstärkung des natürlichen Kapillar-
Effektes ergeben würde.
Die Fremdspannung eines »aktiven Elektro-Osmose«-Verfahrens müßte also mindestens etwas größer
sein als das elektro-chemische Potential der Elektroden
selbst, aber von entgegengesetzter Polarität Daraus
ergibt sich, daß eine »aktive Elektro-Osmose« mit unterschiedlichen, korrodierbaren Elektroden bisher
bekannter Art unterhalb der elektrolytischen Zersetzungs-Grenzspannung von Wasser aus naturgesetzli-
chen Gründen überhaupt nicht realisierbar ist Es findet notwendigerweise stets Elektrolyse statt Daher werden
die Verfahren der sog. »aktiven Elektro-Osmose« korrekterweise als Elektrolyse-Verfahen bezeichnet.
Eine elektrolytische Trockenlegung von Bauwerken ist
dauerhaft nicht realisierbar, scheitert sowohl an der
Korrosion der Elektroden wie an der Ablagerung schädlicher Salze.
Erschwerend kommt hinzu, daß alle bis dato bekannten (metallischen) Kathodenwerkstoffe che
misch korrodiert und passiviert werden. Dadurch
erhöhen sich die notwendigen Anodenspannungen nochmals zwangsläufig. In der Praxis ist ein Betrieb von
Verfahren der sog. »aktiven Elektro-Osmose« selbst unter günstigsten Bedingungen mit Anodenspannungen
unter ca. 2 bis 1,5 Volt dauerhaft nicht mehr realisierbar, weil sie der Passivierung der Kathoden erliegen würden.
Sobald die Anodenspannungen aber über der Zersetzungsspannung (1,229 Volt) liegen, fallen die Anoden
der Elektrolyse des Wassers zum Opfer, Man erkennt;
Die Verfajirens-schädliche Elekrolyse von Wasser
beginnt bei den sog, »aktiven Elektro-Osmose«-Verfahren, noch lange bevor die zur Überwindung e!ektro-chemischer Barrieren und Passivierungsschichten notwen-
dige Anodenspannung erreicht ist.
Diese Tatsachen gelten auch für das Verfahren nach DE-AS 19 04223 ebenso wie für die verschiedenen
anderen Verfahren, die prinzipiell technisch vergleichbarsind.
Bei diesem aus der CSSR stammenden Verfahren wird als Anode ein Kupferdraht, welcher mit einem
stark Graphit-überfüllten Elastomer ummantelt ist,
verwendet Als zusätzliche Kontaktmasse dient zudem eine stark mit Kunstkohle überfüllte Kunststoff-Paste, is
Erdungsstäbe aus verzinktem Stahl oder verschweißtem Baustahl (St-30) bilden die Kathode.
Die Anode wird in einen zuvor ausgestemmten Mauerwerksschlitz eingelegt und mit Hilfe der Kontaktmasse die Kontaktfläche Anode -► Mauerwerk vergrö-
Bert Damit soll der eiekiroiyiisehe Zerfall der Anöden
vermindert werden. Dies ist offensichtlich ebenfalls irreführend.
Aus den Gesetzen von FARADAY
m = c-J ■ I
und OHM
25
30
und der Widerstandsgleichung
R = T-A
folgt, daß der elektrolytische Zerfall jeder Anode umso größer sein muß, je größer ihre Kontaktfläche ist, -nicht umgekehrt.
Weiter wird der elektrolytische Zerfall der Anodenmasse in den zugehörigen Firmendruckschriften als besonders vorteilhaft bezeichnet, zugleich aber mit
kg A ■ Jahr
angegeben. Nun ist nicht die Masse, sondern stets das Volumen, welches pro Zeiteinheit abgebaut wird, entscheidend dafür, ob und wie lange eine Elektrode funktionsfähig bleibt bzw. ihren Kontakt mit der Umgebung
(Mauerwerk) verliert.
Das Anodenmaterial gemäß DE-OS 19 04 223 wurde analysiert. Es weist überraschenderweise eine technologisch völlig ungeeignete Rezeptur auf:
ca. 30% Kunststoff-Elastomer,
z. B. Polyurethan, oder
Äthylen-Fropylen-Kautschuk, sind mit
ca. 30% Kunstkohle überfüllt.
Um diese extrem hohe Überfüllung halten zu können, sind weiter
ca. 30% Weichmacher
erforderlich. Dieser wiederum erfordert die äußerst bedenkliche Menge von
ca. 10% Stabilisatoren,
Die Dichte des Anodenmaterials wurde mit
ρ = ca. 0,9 g/cm3
ermittelt.
Rechnet man mit diesen Daten die behauptete Resistenz von
c=l
A ■ Jahr
in allgemein gebräuchliche Dimensionen um, so ergeben sich als FARADAVsches Äquivalent-üewicht
A s
und als sog. FARADAVsches Volumen
mnr1
d = 0,0276
A s
Das heißt: pro Ampere und Sekunde gehen von diesem Anodenmaterial 0,0276 mm3 verloren.
Ein Vergleich mit bekannten Metallen zeigt, daß dieses Anodenmaterial sogar schlechter ist als z. B.
Nickel mit
<?= 0,0228 -555L oder
A ■ s
35
VA-Stahl mit
d = 0,0248
A -s
, oder
einfaches Eisen III mit
40 d = 0,0245
mm'
A s
von denen die gleiche Patentschrift behauptet, sie seien wegen ihrer mangelnden Resistenz ungeeignet.
Die sog. PU-Elektroden sind also weniger beständig
als konventionelle Materialien, abgesehen von exotischen Metallen wie Titan, Platin, Tantal und etlichen
Legierungen. Sogar
Kupfer II mit
d = 0,0342
mm
A s
liegt kaum schlechter als der sog. PU-10-Anodenwerkstoff nach DE-AS 19 04 223. Die Behauptung, PU-10-
Anoden seien 30mal resistenter als Kupfer und lOmal
beständiger als Stahl, sind falsch. Experimente zur Feststellung des tatsächlichen Abbaues von Anodenmaterial aus überfülltem Elastomer nach DE-AS 19 04 223
zeigen einen weiteren, entscheidenden Mangel. Sobald das Material in wäßrigen Elektrolyten betrieben wird,
werden zunächst die hochgradig polaren Stabilisatoren durch den elektrischen Strom ausgetrieben. Daraufhin
fallen die Weichmacher als schmutzig-hellbraune Gallertmasse aus. Die Anoden verspröden dadurch, es'
kommt zur Ausbildung von typischen Überfüllungsrissen und letztlich zur Zerstörung des metallischen
Innenleiters, welcher unter Bildung grün-blauer Kupfer-
salze zersetzt wird.
Die angebliche Resistenz der Elektroden nach DE-AS 19 04 223 ist de fakto auch aus diesem Grunde nicht
gegeben. Die verfahrenswidrige elektrochemische Spannung zwischen Anoden (Kunstkohle mit Elastomer)
und Kathoden (verzinkter Stahl) beträgt bei der DE-AS 19 04223 unmittelbar nach dem Einbau der
Elektroden ca, 1500 mV. Sie kann sich im Betrieb infolge pH-Wert-Verschiebung, Korrosion und Elektrolyse bis
auf über 2500 mV erhöhen, — wie an Experimenten wie ι ο in der Praxis festgestellt wurde.
Bei Untersuchungen der BAM versagte dieses Verfahren wegen des elektrolytischen Zerfalls seiner
Elektroden erwartungsgemäß.
Die in einigen Patentschriften, z. B. in der österreichi- \
sehen Patentschrift 2 98 006 (zugehörige DE-PS 14 59 998), in der DE-AS 19 04 223 oder in der DE-PS
7 06 388 enthaltenen Aussagen über Elektrodenresistenz sind entweder naturgesetzwidrige Behauptungen
oder aufgabanhaft formulierte Zielvorstellungen. Im Falle der DE-PS 7 06 388 wird die Tatsache mangelhafter
Resistenz einerseits durch die Angabe »Elektroden aus Kupfer« bewiesen, zum anderen aber durch die
nachfolgende Patentanmeldung DE-AS 12 84 604 bestätigt, die darauf abstellt, die fehlende Elektrodenresistenz
der DE-PS 7 06 388 durch Verwendung von »kapillarverstopfenden« Substanzen (Eiektro-Phorese) zu begegnen.
Doch auch dieser Weg ist technisch irreal. Versuche wie praktische Erfahrungen zeigen, daß eine Kapillar-Verstopfung
technisch nicht durchführbar ist Die dazu vorgesehenen bubstanzen — z. B. Metallsalze— verhindern
die bei allen bk, dato bekannten Verfahren einsetzende Elektrodenko.Tosion nicht, verstärken aber
die zwangsläufig auftretenden Fo-' jeschäden, die sich in
der Regel als Salzsprengungen zeigen.
Somit sind auch die Mängel bekannter Verfahren hinsichtlich Elektrodenresistenz detailliert nachgewiesen.
Sie sind letztlich durch Untersuchungen der BAM sowie durch zwei Diplomarbeiten der TU München (H. »0
Schmitt, 1975, und Ch. Schulte, 1977) verifiziert Auch Untersuchungen der EMPA Zürich (1973) attestierten
den (vor 1975 bekannten) Verfahren der sog, aktiven wie passiven Elektro-Osmose mangelnde Resistenz der
Elektroden und letztlich Funktionsunfähigkeit mit erheblichen Folgeschäden.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Probleme stellt sich für die vorliegende Erfindung eine Art
Mehrfachaufgabe:
50
A) Es soll ein universell anwendbares Verfahren gefunden werden, das es erlaubt, mittels eines evtl.
vorhandenen starken Eigenpotentials oder einer angelegten Fremdspannung die kapillaren und
osmotischen Vorgänge in und an porösen Feststof-Fen je nach Bedarf intensivierend, dämpfend oder
auch umkehrend zu beeinflussen.
B) Das Verfahren muß derart eigenstabil sein, daß es den Einsatz von selbstregelnden Stromquellen
gestattet, das heißt, alle kritischen Teile der &o Verfahrenseinrichtung müssen chemisch, elektrochemisch,
elektrolytisch und biologisch inert bzw. elektrisch passiv sein.
C) Es sollen Elektroden eingesetzt werden, die chemisch, elektrochemisch, elektrolytisch und bio- M
logisch inert bzw. elektrisch passiv sowie einfach herzustellen sind, und die bei ihrem Einbau leicht zu
handhaben, flexibel, dünn dehnfähig und doch zugfest sein müssen, und die letztlich als Meterware
beliebiger Länge hergestellt und eingesetzt werden können.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst (Fig. 11) das elektrische
Eigenpotential (Strömungspotentia!) an den Feststoffen (32) ermittelt wird, daß weiter der genannte Feststoff
etwa in Höhe des Spiegels (34) der genannten Flüssigkeit (33) bzw. parallel dazu mit einer inerten und
elektrisch passiven Elektrode (35) versehen wird, daß ferner oberhalb und in einiger Entfernung von der
erstgenannten, unteren Elektrode mindestens eine zweite, gleichartige Elektrode (36) in an sich bekannter
Weise parallel zur ersten angebracht wird, daß außerdem in an sich bekannter Weise an beide
Elektroden bedarfsweise eine Spannung (37) angelegt wird, wobei die obere Elektrode positiv gegen die
untere gehalten wird, oder — je nach Verfahrenszweck — umgekehrt, wobei jedoch die Elektrodenspannung
unterhalb der Depolarisationsspannung (elektrolytische Zersetzungs-Grenzspannung, EZG) der aufsteigenden
Flüssigkeit (38), vorzugsweise bei dem 2- bis 5fachen Wert der eingangs ermittelten Eigenpotentiale, und in
der Regel nicht höher als das 10- bis 20fache derselben
gewählt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung der abstrakten Aufgabe wird verständlicher, wenn man sich den Feststoff als
porösen und osmotisch wirksamen Körper vorstellt, der auf einer mit Wasser durchfeuchteten Unterlage steht
und seinerseits Wasser aufsaugt (F ig. 11).
Gleichfalls kann man sich den porösen, osmotisch wirksamen Körper als Mauerwerk vorstellen. Ebenso ist
die Vorstellung richtig, der Feststoff sei ein pflanzlicher Organismus oder ein räumlich nicht exakt abgrenzbarer
Teil einer an sich größeren Masse von Feststoff, zum Beispiel ein begrenzter Teil des natürlichen Erdreichs.
Bei einer speziellen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein Mauerwerk, bei dem infolge
verschiedenster Gegebenheiten außergewöhnlich hohe Eigenpotentiale ermittelt wurden, kann man davon
ausgehen, daß bei einem Eigenpotential des Feststoffes von ca. 500 mV und mehr die untere Elektrode geerdet
wird, und daß zwischen den Elektroden mehrere kräftige Kurzschlußleitungen angebracht werden mit
der Maßgabe, daß deren Ersatzwiderstand niedriger sein muß als die Übergangswiderstände aller Elektroden
insgesamt sein können.
Diese Lösung bietet zwar nicht die gleiche Sicherheit wie die vorstehend genannte, da bei fortschreitendem
Verfahrenserfolg die Eigenpotentiale abnehmen und die Wirksamkeit des Verfahrens schwindet. Sie bietet sich
an, wenn kapillare Strömungspotentiale störend wirken würden und ist keinesfalls mit der sog. »passiven
Elektro-Osmose« identisch oder vergleichbar.
Kostensparend ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher bei kurzzeitigem
Betrieb des Verfaherns in einer Richtung als Kathode eine Elektrode aus weitgehend inertem Metall,
vorzugsweise aus Edelstahl, verwendet wird.
Eine Edelstahl-Kathode, vorzugsweise als Band ausgebildet, hat den Vorteil, daß die Kosten von
Edelstahl-Elektroden geringer sind als die von erfindungsgemäßen Elektroden. Es muß aber absolut
sichergestellt sein, daß die Edelstahl-Elektroden nicht positives Potential annehmen oder anderweitig angegriffen
werden.
Mauerwerke großer Länge und Dicke und damit
Masse, wie sie vor allem bei historisch wertvollen Gebäuden oft vorliegen (F i g. 12), röstet man zweckmäßigerweise
mit mehreren Elektrodensystemen, die angenähert spiegelgleich angeordnet sind, aus, wobei
vorzugsweise die äußere untere Elektrode (39) geerdet wird (40) und damit das Potential des Flüssigkeitsniveaus
(41) annimmt, während die obere äußere Elektrode (42) positiv gegen die untere äußere gehalten
wird, wobei weiter auch die untere innere Elektrode (43) positiv gegen die untere äußere Elektrode (39) gehalten
wird, während die obere innere Elektrode (44) erneut positiv gegen die untere innere Elektrode gehalten wird.
Mit dieser Maßnahme wird gegenüber einem Einfach-System ein homogenes elektrisches Feld
innerhalb des Mauerwerks erzeugt, was eine größere Wirkung des Verfahrens zur Folge hat
Diese Wirkung kann nochmals verbessert werden, indem das Elektrodensystem der einen Seite in der
Höhe versetzt angeordnet ist, vorzugsweise um nicht mehr als den halben Elektrodenabstand des niedrigeren
Systems sowie mit der Maßgabe, daß die ElektrodenpotentiaJe so verteilt sind, daß die am höchsten über
Flüssigkeitsniveau angeordneten Elektrode this höchste positive Potential im Betriebszustand aufweist.
Wie aus den Beispielen 1 bis 5 zu ersehen ist, bewirkt
das erfindungsgemäße Verfahren bei umgekehrter Polung der Elektroden z. B. einen erhöhten Flüssigkeitsdurchsatz. Dieser Effekt kann praktisch benutzt werden,
um z. B. eine im Bau befindliche Mauer vor dem Austrocknen zu schützen, es bietet sich gleicherweise
aber ein völlig anderer Einsatzfall an. Aus grundsätzlichen Versuchen ist bekannt, daß beispielsweise das
Wachstum eines Baumes durch erhöhte Zufuhr von Nährflüssigkeit ebenso beschleunigt werden kann wie
gegebenenfalls der Ertrag. Gleichfalls ist bekannt, daß bei diesem Wachstumsprozeß elektriche Vorgänge eine
Rolle spielen. Die Erkenntnisse wurden allerdings gemeinsam nicht genutzt, weil bislang keine chemisch
und biologisch inerten Elektroden zur Verfügung standen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann offenbar
auch oei solchen organischen Feststoffen zur Anwendung gelangen, weil die erfindungsgemäßen
Elektroden den Voraussetzungen dafür genügen.
Die aus den Versuchen 1 bis 10 gewonnenen Erkenntnisse zeigen, daß den Elektroden eine große
Bedeutung zukommt. Auch die Fachliteratur bemängelt, daß bei vorbekannten Verfahren die Korrosion der
Elektroden ein Hauptübel ist.
Versuche haben nun ergeben, daß Elektroden aus Polytetrafluorethylen (PTFE), das mit leitfähigen korrosionsbeständigen
und elektrolytisch resistenten Materialien gefüllt ist, gute elektrische Eigenschaften
besitzen, aber chemisch, elektrolytisch, elektrochemisch und auch biologisch unbedenklich sind. Dies gilt vor
allem, wenn das PTFE mit Kohlenstoff, z. B. Kunstkohle, Graphit oder Ruß gefüllt ist. Es bietet sich deshalb
vorzugsweise die Verwendung von sogenannten Folien-Elektroden an (Fig. 13), weiche aus zwei Folien aus
PTFE bestehen, in die ein Leiter (45) eingebettet ist. Aus der DE-OS 2125 535 ist die Herstellung derartiger
Folien, aus der DE-OS 21 25 276 die Weiterverarbeitung
zu einem Laminat bekannt.
Zweckmäßigerweise verwendet man Folienelektroden, weil diese bei geringem Materialbedarf, — der
Werkstoff PTFE ist relativ teuer —, eine große Oberfläche zur Kontaktgabe bieten. Vorteilhaft ist
ferner, nur eine Elektrodenseite (46) aus leitfähigem Kunststoff herzustellen, während die andere Elektro-
denseite (47) aus ungefülltem Kunststoff bestehen kann. Die leitfähige Seite der Folienelektrode wird als
Kontaktsfiite mit dem Feststoff, z.B. Mauerwerk,
benutzt. Besonders günstig wirkt sich eine Riefung (48) der leitfähigen Seite aus. Bei Riefen mit 60°-Flanken
vergrößert sich die kontaktfähige Oberfläche auf das Doppelte.
Die eingebetteten Leiter (45) sorgen für eine gute Potentialverteilung.
Natürlich können die Elektroden aus anderen Kunststoffen bestehen, die wahlweise mit anderen
Füllstoffen versehen sind. Günstige Eigenschaften sind vor allem von anderen Fluor-Kohlenstoff-Polymerisaten,
wie z. B. FEP, ETFE, PCTFE und PFA zu erwarten.
Als Füllstoffe eignen sich ferner pulverisierte Edelmetalle, insbesondere einige Edelstahl-Pulver.
Weiter ist es durchaus möglich, die Elektroden als Rund- oder Profilstäbe herzustellen, v/obei sich die
Kunststoffe der Gruppe der Olefine, der Vinyl-Verbindungen, der Polystyrole, der Polyacrylate, der Polyamide,
der Polyimide, der Polyester, dr· Silikone und nicht
zuletzt der fluorierten synthetischen Kautschukmassen,
— z. B. Viton eignen, da praktisch in jeder Gruppe Werkstoffe zu finden sind, die durch Füllstoffe leitfähig
gemacht werden können und dabei ausreichend inert und beständig sind. Die besten Ergebnisse aber sind
ohne Frage mit Folien-Elektroden aus Fluor-Kohlenstoff-Polymerisaten zu erwarten.
Soll das erfindungsgemäße Verfahren in nur einer Richtung und mit einem Elektrodensystem betrieben
werden, so kann die negativ betriebene Elektrode aus einem Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, z. B. aus
Bandstahl der Werkstoffe 1.4420, 1.4435, 1.4571 oder
1.4573 bestehen. Dieses gilt vor allem bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die
Entfeuchtung vor. Gebäuden. Die Maßnahme ist kostensparend.
Die Menge des leitfähigen Füllstoffes, die eine Elektrode enthalten muß, hängt primär vo.-t dem
Verfahren ab, nachdem die jeweilige Elektrode hergestellt werden soll. Thermoplastische Werkstoffe,
im Extrusionsverfahren zu Elektroden verarbeitet, erfordern ungleich höhere Mengen, z. B. an Kunstkohle
oder Graphit, verglichen mit PTFE, das im Pastenextrusionsverfahren
verarbeitet wird. Generell sollte der spezifische Widerstand nicht über 106 (Ohm · mmVm)
liegen. Bei Folien aus PTFE sollte der Quadratwiderstand unter 10 MOhm, vorzugsweise unter lOkOhm
liegen.
Grundsätzlich kann man davon ausgehen, daß die Auswahl der geeigneten Elektroden, — auch hinsichtlich
ihrer Abmessungen —, von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängt, und daß das Verfahren um so
reib; fifc'sloser und dauerhafter funktioniert, je hochwertiger
die Elektroden sind. Bei organischen Anwendungen oder Mehrsyatem- bzw. Umkehr-Systym-Anwendungen
sind in der Regel PTFE-Folienelektroden mit Kohlenstoff als Füllmasse vorzusehen.
Beim Anbringen der leitfähigen Kunststoff-Folien-Elektroden ist es vorteilhaft, zwischen Folienelektroden
und dem Festkörper eine leitfähige Zwischenimasse, z. B.
bei Mauerwerken graphithaltigen Zementmöitel, vorzusehen.
Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßer Verfahrens liegen auf der Hand.
In technischer Hinsicht werden praktisch alle Nachteile der vorbekannten Verfahren vermieden oder
beseitiet: Korrosionseefahren für die Elektroden sind
ebenso nicht gegeben, da die metallischen Zuleitungen (45) vollkommen von den Folien umschlossen werden
und namentlich bei Fluor-Kohlenstoff-Elektroden absolute chemische Resistenz gewährleistet ist.
Durch die Möglichkeit, mit Fremdspannung zu arbeiten, werden die Imponderabilien der passiven
Verfahren eliminiert. Da die Elektroden beständig sind, kann mit gleichbleibenden Übergangswiderständen
gerechnet werden, so daß sich die elektrischen Verhältnisse nur noch in Abhängigkeit vom Verfahrensfortschritt, z. B. Absinken einer Mauerfeuchtigkeit,
ändern, so daß eine zweckdienliche Strom- oder Spannungsstabilisation möglich wird, vor allem die
Anodenspannungen auf unkritischen Werten, unterhalb der Elektrolyse-Zersetzungs-Grenzspannung, gehalten
werden können.
In wirtschaftlicher Hinsicht sind große Vorteile zu erzielen: Wenn die Elektroden als Folieneiektroden
renden Eingriffs in die statischen Verhältnisse und die
Festigkeit der Werkstoffe. Die gleiche Überlegung gilt für das Abtragen und erneute Aufbauen ganzer Teile
eines Grundmauerwerks.
Chemische Sanierungs-Verfahren können zwar preisgünstig
wie erfindungsgemäße Verfahren sein, aber z. B. durch Injektion chemisch aktiver Substanzen wird in der
Regel die osmotische Energie in den Feststoffen erhöht, was wiederum den Durchsatz von Bodennässe begünstigt,
zumal die einzig funktionsfähigen Injektageverfahren wie semipermeable Membranen wirken. Es sollte
bedacht werden, daß in der Präsenz von chemischen Substanzen, vor allem von Säuren und Salzen, die
Ursache einer erhöhten Durchfeuchtung und damit der weiteren Versalzung der Feststoffe zu sehen ist, was
wiederum zu einer Steigerung des Feuchtigkeitsdurchsatzes führt — ein Kreislauf also, solange die Ursache
nicht beseitigt wird. Zudem ist bekannt, daß nur die
(r ι g. ι j/ duagcutfuct sinu, ciiitdiicii uic SGfiSi CriGi\iCriichen
Stemm- und Fräsarbeiten an den Mauerwerken, können die Folienelektroden flächig an den Feststoffen
Mauern, Erdreich, Bäume usw. — angebracht werden. Ihre Flexibilität erlaubt es, jeder Oberflächenform der
Feststoffe zu folgen. Bei alten Bruchsteinmauern kann man die Fugen ausnehmen und die Folienelektroden
hochkant einschieben. Sogar das Ausbilden von Stichsonden (49), die in Bohrungen (50) — in dicken
Mauern (51) oder im Erdreich — angebracht werden sollen, ist möglich, indem man eine Folienelektrode (52)
faltet und als Leiterschleife (49) Leitschicht nach außen (Fig. 14), in die Bohrung einführt und mit Füllmaterial
die Zwischenräume ausfüllt. Diese Maßnahme ist in der Regel jedoch nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei seiner Anwendung als bautechnische Maßnahme in der Regel
anderen, auch artfremden Maßnahmen überlegen. Der häufigste Fall der Anwendung dürfte die Sanierung von
Altbauten, speziell das Entfeuchten des Mauerwerkes und das Sperren von Mauern gegen Bodennässe sein.
Sofern die Bausubstanz nicht bereits generell irreparabel ist, hält das erfindungsgemäße Verfahren jedem
Vergleicn mit anderen Sanierungsmaßnahmen stand. Dies sind z. B. das stückweise Absägen von Grundmauern
und Einfügen neuer Sperrschichten aus Bitumenpappe oder Bleifolie, beide gleichermaßen
teuer und bautechnisch bedenklich wegen des gravieder Wirkung wirksam sind. Diese aber verlieren nach
wenigen Jahren ihre hydrophobe Eigenschaft und erzeugen häufig Eigensalze.
Trotzdem kann es sinnvoll sein, das erfindungsgemäße Verfahren mit flankierenden, konventionellen Maßnahmen
zu kombinieren. So ist das Verfahren sicherlich nicht geeignet, eine zerstörte Bausubstanz von Grund
auf zu regenerieren, obwohl als eine Folge des permai inten, wenn auch geringen Stromflusses zwischen
den Elektroden eine Verfestigung der Feststoffe erwartet werden kann. Dies wurde z. B. bei der
Behandlung von feuchten Böden beobachtet.
Aus dem vorstehenden folgt, <Jiß es unter bestimmten
Voraussetzungen sinnvoll sein kann, z. B. das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden und gleichzeitig
zerstörte Bausubstanz zu erneuern. Gleichfalls kann es nützlich sein, bei Neubauten den Einbau eines
Sperrsystems nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gleich vorzusehen, um bereits den Ansatz des
Wechselspiels zwischen Durchsatz von Bodennässe und Ansammlung von osmotisch wirksamen Substanzen,
welche im Grundwasser gelöst sind, zu vereiteln. Letzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren speziell
geeignet, schädliche pH-Wert-Verschiebungen oder Einflüsse elektrischer Fremdenergien auf Bauwerke zu
kompensieren bzw. zu mildern.
Hierzu 3 Blau Zeichnunsen