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PATENTBESCHREI BUNG
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Verfahren zur elektro-kinetischen bzw.
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elektro-osmotischen Rewegung voM olalsen bzw. polarisierten F~lüssigkeiten
in und an Porösen und/oder semipermeablen Feststoefen Die Erfindung betrifft Verfahren
zur elektro-kinetischen bzw.
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elektro-osmotischen Bewegung von polaren bzw. polarisierten Flüssigkeiten
in und an porösen und/oder semipermeablen Feststoffen.
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Derartige Verfahren sind prinzipiell seit vielen Jahren bekannt und
werden benutzt, um z.B. Torf, Ton und andere Materialien zu entwässern, Meerwasser
zu entsalzen, Trinkwasser zu gewinnen, Bauwerke zu entfeuchten und gegen aufsteigende
Nnsse zu schützen und ähnliche Zwecke mehr.
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Namentlich auf dem Gebiet der Bauwerks sanierung gewinnen elektrophysikalische
Verfahren stetig an Bedeutung. Aus der Vielzahl der Patentanmeldungen sollen nur
die aktuellsten aufrefiihrt werden.
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Aus der DT-PS 1.459 998 ist eine Anode zur nalwsrksentfeuchtung aus
kohlenstoff-reichem Material, insbesondere aus Sinterkohle oder Sintergraphit bekannt,
die völlig resistent gegen eletrolytischen Abbau sein soll. Über die zugehörige
Kathode wird nichts ausgesagt, gleichfalls nichts über die Elektrodenspannungen
und sonstige Verfahrensparameter, die aber aus Druckschriften und aus der Praxis
bekannt sind.
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Aus der DT-OS 1.759 891 ist ein Verfahren zur Bauwerksentfeuchtung
bekannt, das mit kohlenstoff-haltigen Anoden und metallischen Kathoden arbeitet,
bei dem die zugehörige Elektrodenspannung aufgrund der Abmessungen und dem Feuchtigkeitsgehalt
des jeweiligen Mauerwerks nach vorgegebenen Formeln errechnet werden soll. ps ergeben
sich in der Praxis Spannungen von ca. lo bis 30 Volt. Als Stromquellen werden Batterie-Ladegeräte
der Firmen Bosch, Eisenmann u.ä., die eine Spannung von 4,#, 7,5 bzw. 15 Volt liefern,
verwendet.
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Aus der DT AS 1.944.435 ist wiederum eine Anode für das Austrocknen
feuchter Mauern bekannt, bei der ein Kupferleiter mit einer Mischung aus Polystyrol-Butadien,
mit ca. 5 % Naturkautschuk verschnitten und mit ca. 45 bis 55 % Kunstkohle bzw.
Xetortengraphit angereichert und leitfähig gemacht wurde, un-lullt ist. Dieser Elektroden-Leiter
wird in Verbindung mit einer lJolyurethan-Farbe, die wiederum 45 bis 55 % Kunstkohle
bzw. Retortengraphit enthält, verwendet. Die elektrolytische Zersetzung dieser Ilektrodenkombination
wird in technischen Druckschriften mit ca. 1 kg/A . Jahr, entsprechend c = o,o32
mg/A . s angegeben. Über die Höhe der Elektrodenspannung wird nichts ausgesagt,
als Kathode wird ein Metallstab verwendet. Aus Druckschriften und aus der Praxis
ist bekannt, daß die Anodenspannung 4,5 bis 15 Volt beträgt. Als Stromquellen werden
Batterie-Ladegeräte verwendet.
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Die vorstehend genannten Patentschriften sind repräsentativ und typisch
für den Stand der Technik. Es wird in allen Schriften zutreffend das Problem der
Elektrodenkorrosion als gravierend geschildert und der Versuch unternommen, es durch
Verwendung von Kohlenstoff als Elektrodenwerkstoff zu lösen. Dem in Elektro-Physik
geschulten Fachmann wird beim genauen Studium der Schriften klar, daß die betreffenden
Patentanmelder wesentliche Grundlagen und Zusammenhänge nicht berücksichtigt haben.
Es muß daher bei der Anwendung solcher Verfahren zwangsläufig zu eklatanten Mißerfolgen
kommen. Derartige Fehlschläge sind in der Praxis allgemein bekannt. Sie werden durch
folgende Versuche erhärtet: Beispiel 1 Aus einer handelsüblichen Kohlenstoff-Elektrode,
10 mm Durchmesser, hergestellt aus Elektro-Graphit, gepreßt, gesintert und imprägniert,
die man für elektro-chemische Zwecke verwendet, Hersteller SIGRI-Meitingen, wurden
5 gleiche, ca. 100 nna lange .;täbe her#estellt. Die o.a. Elektroden sind identisch
mit den Anoden, die in der DT PS 1.459.998 genannt sind. Anoden dieser Art aus neuester
Fertigung bestehen aus einem ECu-Litzenleiter, 1,5 mm2 mit einem Elastomer-Mantel
aus ca. ta % ithylen-Propylen-Kautschuk, ca. 3o X Weichmacher, ca. 30 % Kohlenstoff
und rnnd 10% Statilisatoren und dervleichen.
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Die Elektroden wurden wie folgt bezeichnet und in den Versuchen 1
bis 3 verwendet: Elektroden-Nr. Verwendungs zweck Spannung 1.1 - R Referenz-Elektrode
unbenutzt 1.2 - R Referenz-Elektrode unbenutzt 1.3 - A Anode 1,2 Volt 1.4 - K Kathode
1,2 Volt 1.5 - A Anode 4,5 Volt 1.6 - K Kathode 4,5 Volt Die Elektroden 1.3 bis
1.6 wurden in einem Elelctrolyten aus destilliertem Wasser mit NaCl (Kochsalz) der
Qualität DAB reinst dem Lebensdauer-Test der Luftfahrt-Normen, d.h. über 96 Stunden,
unterworfen.
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Versuch 1: Die Elektrodenj.I - R und 1.2 - R wurden als Referenz-Elektroden
nur für Meßzwecke eingesetzt.
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Die Elektroden t3 - A und 1.4 - K wurden mit 1,2 Volt geregelter Gleichspannung
betrieben. Das Versuchsergebnis ist im Anhang A-1, Kurve a graphisch dargestellt.
Bei dem Versuch entwickelt.
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sich kein Sauerstoff oder Wasserstoff, d.h. es wurde kein Wasser zersetzt.
Bei anfänglicher Polarisation der Elektroden stellte sich nach ca. 8 Stunden ein
Gleichgetichtszustand ein. Die Übergangswiderstände des Elektrodenpaares veränderten
sich bis zum Ende des 96-Stunden-Testes nur noch geringfügigt offenbar infolge Ablagerung
eines dünnen Belages an der Oberfliche. Nach 96 Stunden zeigten die Elektrodenj.3-A
und 1.4 - K keine crkennbaren Schäden. Die Wasseraufnahme betrug cn. 1 X. Die Kathode
1.4-K wies nach dem Trocknen einen leichten grauen Belag auf, der mit einem Lappen
leicht entfernt werden konnte.
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Versuch 2: Der gleiche Versuch wie in 1) wurde mit den Elektroden
1.5-A und 1.6-K unternommen, mit dem Unterschied, daß die angelegte, geregelte Gleichspannung
4,5 Volt betrug, d.h. über der Zersetzungs-Grenzapannung von Wasser lag. Das Ergebnis
ist in Anhang A-2
Kurve b graphisch dargestellt.
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Wie zu erwarten war, wurde Wasser in erheblicher Menge zersetzt.
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Überraschenderweise wurde aber nur an der Kathode 1.6-K Wasserstoff
frei, während an der Anode 1.5-A kein Gas estrich. Der Strom ging zunächst@nur geringfügig
zurück. Schon nach 5 Minuten war zu erkennen, daß der an der Anode 1.5-A entstehende,
radikale Sauerstoff mit dem Elektrodengraphit heftig reagiert so daß die Oberfläche
zerklüftet und Kohlenstoff abgelöst wurde, der teils im Wasser schwebend verblieb
und teils als Schlamm zu Boden sank. Nach ca. 5 Stunden wurden bereits größere Teilchen
abgelöst, nach 13 Stunden waren 30 % der siede als Schlamm oder kleine Brocken abgesprengt.
Von da an sank der Strom im Elektrodenstrosakreis rapide ab. Nach 19 Stunden waren
über 60% der wirksamen Anodenmasse von der Anode abgetragen, der Rest völlig mürbe,
offenbar chemisch stark angegriffen. Der Verlust an Elektroden-Substanz war so stark,
daß in der nächsten Stunde mit gänzlichem Zerfall zu rechnen war. Der Elektrodenrest
o5-A wurde als Muster sichergestellt. Die Anode hatte 14 % Wasser aufgenommen.
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Die Kathode o6-K wies einen mäßigen Belag auf, der relativ leicht
entfernt werden konnte. Die Wasseraufnahme betrug 1,6 %.
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V#ersuch Nach Abschluß der Versuche 1 und 2 wurden die Elektroden
1.3 bis 1.6 getrocknet und mit den Referenz-Elektroden 1.1-R bzw. 1.2-R paarweise
in Kontakt gesäß Fig. 1 geben cht und der tJbergangswivorstand ermittelt. Es ergaben
sich folgende Werte: Übergangswiderstand 1.1 - R gegen 1.2 - R: ca. 0,6 Ohm 1.1
- R bzw. 1.2 - R gegen 1.3 - As ca. 10 Ohm 1.1 - R bzw. 1.2 - R gegen 1.4 - K: ca.
15 Ohm 1.1 - R bzw. 1.2 - R gegen 1.5 - As ca. 1 200 ooo Ohm 1.1 - R bzw. 1.2 -
R gegen 1.6 - K: ca. 50 ooo Ohm Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß das Elektrodenpaar
1.5 - A und 1.6 - K gravierende Schaden davongetragen hatte, wohei die Widerstandserhöhung
an der Kathode 1.6 - K auf Ablagerungen zurückzuführen war.
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Der beobachtete Zerfall der Anode deckt sich mit Erfahrungen der Praxis.
Bei der Untersuchung alter Anlagen wurde verschiedentlich festgestellt, daß Kohienstoffstabe
zu Kohieschlamm zerfallen waren.
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Beispiel II Von einen Stück Elektrode aus mit ca. 50 % Kohlenstoff-gefülltem
leitfähieen Elastomorentsprechend DT-AS 1.944.435, wurden 6 Elektroden, entsprechend
denen in Beispiel I, hergestellt, wie folgt bezeichnet und in den Versuchen 4 bis
6 verwendet: (Auf die Verwendung von Graphit-haltiger Polyurethan-Farbe wurde verzichtet,
da sich diese Masse allein nicht als Elektrode verwenden läßt.) Elektroden-Nr. Verwendungszweck
Spannung 2.1 - R Referenz-Eiektrode unbenutzt 2.2 - R Referenz-Elektrode unbenutzt
2.3 - A Anode 1,2 Volt 2.4 - K Kathode 1,2 Volt 2.5 - A Anode 4,5 Volt 2.6 - K Kathode
4,5 Volt Die Elektroden 2.1 bis 2.6 wurden in gleicher Weise wie die Elektroden
1.1 bis 1.6 dem in den Versuchen 1 bin 3 genannten Lebensdauertest unterworfen.
Die Elektroden 2.1-R und 2.2-R wurden als Referenzelektroden nur für Meßzwecke eingesetzt.
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Versuch 4s Analog zu Versuch 1 wurden die Elektroden 2.3-A und 2.4-K
mit 1,2 Volt geregelter Gleichspannung über 96 Stunden einem Resistenztest unterworfen.
Das Versuchsergebnis ist in Anhang A-1 Kurve c graphisch dargestellt.
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Zu Beginn setzte eine Polarisation den Strom auf ca. lo X seines Ausgangswertes
herab. Danach sank der Strom stetig und relativ geringfügig weiter ab. Es war keine
Gasentwicklung an Anode oder Kathode zu erkennen.
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Nach Abschluß des Versuches zeigten Anode wie Kathode mit blossem
Auge erkennbare Ernüdungsrisse, die offensichtlich auf den unzulässig hohen Anteil
an Füllstoffen, - ca. 50 % Kohlenstoff, zurückzuführen ist. Darüber hinaus war an
beiden Elektroden eine typische Schädigung durch Hydrolyse zu erkennen. Die Elektroden
hatten ferner ca. 5 % Wasser aufgenommen.
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Die Anode wurde näher untersucht und festgestellt, daß viel@ Haarrisse
bis auf den Kupferleiter richten, und daß der Leiter elektrolytisch angegriffen
worden war. Es zeigten sich sorar etliche Ausb0 iihi-.en von grü@lichen Kunfersalzen.
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Versuch 5: Analog zu Versuch 2 wurden die Elektroden 2.5-A und 2.6-K
mit 4,5 Volt geregelter Gleichspannung dem 96-Stunden-Resistenztest unterworfen.
Das Ergebnis ist in Anhang A-2, Kurve d, graphisch dargestellt.
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Nach anfänglich starker Abnahme des Stromes stellte sich nach ca.
1 Stunde eine leichte Beruhigung ein, doch verlief der Versuch weiter degressiv.
An der Kathode war heftige Wasserstoffentwicklung zu beobachten, während an der
Anode nur einzelne Bläschen aufstiegen. Der naturgesetzliche Anteil von 33 % Sauerstoff
bei 66 X Wasserstoff war auf ca. 5 % Sauerstoff vermindert.
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Bereits nach 5 Stunden zeigten sich an der Anode wie an dei Kathode
Schäden, wobei es an der Anode offenbar zu Reaktionen zwischen dem Kohlenstoff und
dem radikalen Sauerstoff kam, während die Kathode Ablagerungen aufwies und typische
Hydrolyse-Schäden zeigte.
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Im Gegensatz zu den Versuch 2 wurde die elektrolytische Flüssiskeit
nur mäßig durch abgelösten Kohlenstoff kontaminiert. Nach 7t Stunden hatte der Rückgang
des Anodenstromes einen so starken Wert erreicht daß der Versuch abgebrochen wurde.
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Die Kathode zeigte erhebliche Ablagerungen und typische Hydrolyse-Schäden.
Die Anode hingegen war weitgehend passiviert, der Kohlenstoff aus den Kunststoff-Verband
ausgelöst. Tiefe
Ermüdungsrisse reichten bis auf den Kupferleiter
hinab, welcher stark durch Elektrolyse geschädigt war.
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Die Kathode hatte ca. 3 %, die Anode über lo % Wasser aufgenormen.
Beide Elektroden waren unbrauchbar geworden.
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Versuch 6: Analog zu Versuch 3 wurden nach dem Trocknen der Elektroden
die Übergangswiderstände gemessen: Übergangswiderstand 2.1 - R gegen 2.2 - R: ca.
12 Ohm 2.1 - R bzw. 2.2 - R gegen 2.3 - A: ca. 18o Ohm 2.1 - R bzw. 2.2 - R gegen
2.4 - K: ca. 420 Ohm 2.1 - R bzw. 2.2 - R gegen 2.5 - A: ca. 8 ooo ooo Ohm 2.1 -
R bzw. 2.2 - R gegen 2.6 - K: ca. 250 ooo Ohm Aus den Werten ist zugkennen, daß
die Elektroden 2.5-A und 2.6-K sehr schwer geschädigt waren.
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Beispiel III Aus der DT OS 2.503.670 ist ein Verfahren bekannt, das
sich u.a. zur elektro-kinetischen Entfeuchtung von Bauwerken eignet. Entsprechend
der technischen Lehre dieser Palcntanmelung wurden Versuche analog zu Beispiel 1
und 2 durchgeführt.
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Dabei wurden als Elektroden sogenannte Folienelektroden verwendet.
Diese bestehen aus zwei Schichten des Emulsionspolymerisa.
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tes Polytetrafluoräthylen, von denen eine Schicht mit weniger als
5 ,~ eines feinstverteilten Kohlenstoffes leitfähig eingestellt ist, und enthalten
bei einer Breite von ca. 35 mm und einer Dicke von ca. 1 mm lo Lnngsleiter aus Reinotnickel,
etwa o,3 mm Durchmesser.
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Es wurden 4 Elektroden verwendet und wie folgt bezeichnet: Elektroden-Nr.
Verwendungszweck Spannung 3.1 - R Referenz-Elektrode unbenutzt 3.2 - R Referenz-Elektrode
unbenutzt 3.3 - A Anode 1,2 Volt 3.4 - K Kathode 1,2 Volt
Die Elektroden
wurden in gleicher Weise wie in Beispiel I und II dem 96-Stunden-Lebensdauertest
unterworfen.
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Versuch 7: Analog zu Versuch 1 und 4 wurden die Elektroden 3.3-A und
3.4-K mit 1,2 Volt geregelter Gleichspannung in wässrigen Elektrolyten betrieben.
Dem Verfahren gemäß DT OS 2.503.670 entsprechend wurde zusätzlich die Stromdichte
begrenzt.
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Es zeigte sich keinerlei Gasbildung an den Elektroden, so daß kein
Indiz für eine Zersetzung von Wasser zu erkennen war. Nach 36 Stunden setzte ein
kaum merkliches Riiekfanz <j#q Stromes eilt, nachdem die Strombogrenzung außer
Einfluß gekommen war. Es war auch eine geringfügige Anlagerung von Stoffen auf der
leitfähigen Oberfläche der Elektroden zu erkennen, die aber von selbst wieder abschiefexte.
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Nach 96 Stunden zeigten weder Anode noch Kathode irgendwelche Schäden,
Risse, Aufbrüche oder dergleichen.
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Nachdem eine Seite der Elektroden aus transparentem Polytetrafluoräthylen
besteht, konnten auch die Längs leiter, die durch eine ca. 0,3 mm dicke Schicht
aus Polytetrafluoräthylen gegen beliebigen Angriff von außen geschützt sind, begutachtet
werden. Es war nicht die geringste Spur eines chemischen, elektrolytischen oder
sonstigen Angriffs zu erkennen. Eine Wasseraufnahne konnte ebenfalls nicht nachgewiesen
werden.
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Nach dem Trocknen der Elektroden 3.s-A und 3.4.-K zeigte sich ein
feiner Belag, offenbar aus NaCl, der bei geringster Rewegung oder Berührung der
Elektroden abschleferte.
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ein Test analog zu Versuch 2 und 5 mit 4,5 Volt wurde nicht unternommen,
da diese Spannung im Rahmen dieser Erfindung als ungeeignet erkannt wurde.
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Versuch 8: Analog zu Versuch 3 und 6 wurden die Übergangswiderstinde
der Elektroden gemessen (Fig. 2): Übergangswiderstand 3.s - P gegen 3.2 - R: ca.
4o Ohm 3.1 - R bzw. 3.2 - R gegen 3.3 - A: ca. 70 Ohm 3.1 - R bzw. 3.2 - R gegen
3.4 - K: ca. 65 Ohm nach oberflächlicher Reinigung der Elektroden: 3.1 - R bzw.
3.2 - R gegen 3.3 - A: ca. 4o Ohm 3.1 - R bzw. 3.2 - R gegen 3.4 - K: ca. 40 Ohm
Beispiel IV Zur Abrundung des Gesamtbildes wurden zwei Versuche mit Kupfer-Elektroden
unternommen.
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Versuch 9: Zwei Drähte aus 1,5 mm2 ECU-Kupfer wurden als Anode und
Kathode mit 1,2 Volt beaufschlagt und gemaß Versuche 1,4 und 7 in wässrigen Elektrolyten
betrieben.
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Es war keine Gasentwicklung festzustellen. Ebenso erwartungsgemäß
stellte sich ein elektrolytischer Abbau an der Anode ein, der den Werten des FARADAY-Gesctzes
entsprach. Der ursprünglich wasserklare Elektrolyt färbte sich leicht grünlich-blau.
Es bildete sich im Elektrolyten ein grünlicher Niederschlag. Die Kathode lief dunkel
an. Nach ca. 3 Stunden setzte ein immer sterker werdender Rückgang des Elektrodenstromes
ein, der eindeutig auf eine Passivierung der Kathode hinwies. Der Versuch wurde
nach 36 Stunden wegen Passivierung abgebrochen.
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Versuch lo: Der Versuch 9) wurde mit einer Spannung von 4,5 Volt wiederholt.
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Erwartungsgemäß setzte eine starke Zersetzung von Wasser ein, und
der elektrolytische Abbau der Anode verlief dem höheren Strom entsprechend nach
den FARADAY-Gesetzen. Der wässrige Elektrolyt
war bereits nach
5 Minuten stark grün-blau gefärbt, die Bildung von grünlichem Niederschlag setzte
sofort ein. Die Kathode wies nach kurzer Zeit einen dunklen, violetten Belag auf.
Die Elektroden wurden nur geringfügig und offenbar durch anhaftende Gasbläschen
passiviert. Der Abbau der Anode war erheblich, der Versuch wurde nach 12 Stunden
abgebrochen.
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Aus den vorstehenden Versuchen ergeben sich einige, z.T. sehr überraschende
und zu bisherigen Auffassungen der Fachwelt völlig konträre Konsequenzen.
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Alle bis heute bekannten Patentschriften und Fachaufsätze gehen von
der richtigen Annahme aus, zur Durchführung elektro-kinetischer und elektro-osmotischer
Verfahren bedürfe es resistenter Elektroden. Dies wird auch durch die Versuche 9)
und lo) bestätigt.
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Gleichzeitig wird in vielen bekannten Veröffentlichungen vorgeschlagen,
die Anoden wegen der bekannten elektrolytischen Zersetzung von Metall-Elektroden
aus einem elektrolytisch resistenten Werkstoff, nämlich Kohlenstoff, z.B. Kunstkohle
oder Graphit, herzustellen.
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Es ist zwar richtig, daß Kohlenstoff elektrolytisch und in vielen
Fällen auch chemisch resistent ist, - in einigen Fällen sind Kohle oder Graphit
aber chemisch äußerst unbeständig, - wie die Versuche 1 bis 6 eindeutig beweisen.
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Es kommt hinzu, daß bei allen bis heute bekannten elektro-physikalischen
Verfahren wegen der Bruchgefahr von Elektroden aus Sinterkohle die Kathoden stets
aus Metall sein nnißten, - und aus elektrischen Gründen auch sein durften, da die
Kathoden durch Elektrolyse nicht angegriffen werden.
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Wegen der Bildung von Passivierungsschichten auf allen Metalloberflächen,
- sogar bei Edelmetallen - war man gezwungen, die Elektrodenspannung auf mind. 3,5
bis 4,# Volt zu legen, da nur oberhalb solcher Spannungen die Passivierungsschichten
auf den Oberflächen der Metall-Kathoden elektrisch durchschlagen werden können (siehe
Versuch 9 und lo). Ein Betrieb konventioneller
elektro-physikalischer
Verfahren, z.B. nach DT PS 1.459.998 oder DT AS 1.944.435 mit Anodenspannungen unter
3,5 bis 4,5 Volt müßte langfristig zur Passivierung der Kathoden und damit zur Funktionsunfnhigkeit
der Anlage führen. (Siehe Versuch 9) Bei einer Elektrodenspannung von 4,5 Volt,
d.h. beim Überschreiten der Zersetzungs-Grenzspannung für den jeweiligen Elektrolyten,
bilden sich bei wässrigen Elektrolyten an der Kathode bekanntlich Wasserstoff und
OH-Ionen, durch welche llydrolyse bewirkt wird (Versuche 4 und 5), an der Kathode
aber u.a. radikaler Sauerstoff, welcher selbst die sonst weitgehend resistenten
Kohlenstoff-Anoden in kiirzester Zeit zerstört, und zwar durch chemische Reaktion,
nicht auf elektrolyti#che Weise (siehe Versuche 2 und 5). Die Versuche 1 bis 6 zeigen
die Heftigkeit der Reaktion an, welche ihrerseits im Prinzip nicht neu und in Fachbüchern
lesbar ist, aber in Verbindung mit dem Betrieb von Elektroden für elektro-physikalische
Verfahren von allen Fachleuten unbeachtet geblieben ist.
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Beiläufig weisen die Versuche nach, daß die bislang stets unter dem
Namen Elektro-Osmose beschriebenen, z.B. zur Bauwerkssanierung bzw- -entfeuchtung
verwendeten elektr#-physikalischen Verfahren nichts mit Elektro-Osmose, das ist
die Umkehrung der natürlichen Osmose durch elektrische Felder nach den Naturgesetzen
von HELMHOLTZ und SNOLU#HOWSKI, zu tun haben, sondern daß sie den Gesetzen von FARADAY
gehorchen und dem Wesen nach elektrolytische Verfahren sind. Dies wird auch durch
ein genaues Studium der von REUSS entdeckten Umkehrung des Kapillar-Effektes durch
elektrische Felder, als Elektro-Kinosc zu #ezeiohnen, bestätigt. Wie ein echtes
elektro-kinetisches Verfahren funktioniert, zeigt der Versuch 7 mit völlig inerten
Elektroden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektro-kinetischen
bzw. elektro-osmotischen Bewegung von polaren bzw. polarisierten Flüssigkeiten in
und an porösen bzw.
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semipermeable zu finden, um z.B. mittels elektrischer Felder Fes s
offen
Meerwasser zu entsalzen, Trinkwasser zu gewinnen, poröse
und senipermeable Werkstoffe zu ent- oder bewässern oder Bauwerke zu entfeuchten.
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Die Aufhabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenspannung
zwischen korrespondierenden und über eine Spannungsquell. miteinander verbundenen
Anoden und Kathoden unterhalb derjenigen Grenzspannung gehalten wird bei der die
betreffende als Elektrolyt anzusprechende Flüssigkeit elektrolytisch zersetzt wird.
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Als Randbedingung bleibt zu vermerken, daß Anoden wie h-.thed#n dabei
vorzugsweise völlig inert sein sollten.
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Es ergibt sich aus den an sich bekannten Gesetzen der Elektrotechnik,
daß die Elektrodenspannung eine geregelte Gleichspannung sein muß, da nur so ein
Überschreiten der Grenzspannung durch Anstieg der Klemmenspannung infolge Rückgang
der Belastung mit zunehmender Betriebadauer des Verfahrens sicher vermieten werden
kann, - denn ein Rückgang des Elektrodenstromes infolge Abnahme von Feuchtigkeit
ist das Ziel solcher Verfahren.
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Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, daß die Gleichspannung
mit einer Genauigkeit von mind. +/- 20 %, vorzugsweise mit einer Genauigkeit von
besser +/- 1 % geregelt wird und dabei einen Oberwellenanteil von überlagerter Wechseispannung
von weniger als +/- 25 ,~, vorzugsweise Jedoch von weniger als +/- 5 %, bei optimaler
Einstellung des Verfahrens von weniger als +/- 0§1 % aufweist.
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Aus der an sich bekannten Tatsache, daß wässrige Elektrolyte theoretisch
ab ca. 1.36o mV zersetzt werden, ergibt sich eine weitere bevorzugte Verfahrensausgestaltung,
wobei die Elektroden-Brenzapannung unter ca. 2.800 mV, vorzugsweise unter 1.350
V gehalten wird. Die obere Grenze von 2,800 mV ergibt sich daraus, daß ab ca. 1.360
nV zwar Wasser elektrolytisch zersetzt wird, daß die erzeugten Ionen aber in der
Regel noch durch Rekombination,
insbesondere in porösen Feststoffen
mineralischer Substanz, z.B. in Mauerwerken, neutralisiert werden.
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Je nach Konsistenz und Zustand eines Mauerwerks kann eine geringfügige
Erzeugung von lonen sogar niitzlich sein.
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Aus diesen Überlegungen folgt, daß die Gleichspannun- zwischen korrespondierenden
Elektroden um jenen Betrag oberhalb der jeweiligen, für die vorliegende elektrolytische
Flüssigkeit typische Zersetzungs-Grenzsnannung l1ege# darf, bei der die durch elektrolytische
Zersetzung entstehenden lonenpaare durch natürliche Rekombination noch neutralisiert
werden können.
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Im Gegensatz dazu muß bei optimaler Anwendung des erfindux.gsgemäßen
Verfahrens in stark leitfähigen Feststoffen so verfahren werden, dalj bei Anteserleit
stark leitfahiger Elektrolyte die Gleichspannung zwischen korrespondierenden Elektrodenpaaren
unter looo mV gehalten wird.
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In extrem gelagerten Anwendungsfällen ist das erfindungsgemässe Verfahren
dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwesenheit stark leitfähiger Elektrolyte mit extremen
pH-Werten die Gleichapannung zwischen korrespondierenden Elektrodenpaaren unter
750 mV gehalten wird.
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Es muß besonders darauf hingewiesen werden, daß die Lehre der vorliegenden
Erfindung logisch absolut einsichtig ist, aber in völligen Gegensatz zu den bislang
bekannten konventionellen elektro-physikalischen Verfahren zur Entfeuchtung von
Werkstoffen und Bauwerken steht, welche - wie die Praxis zeigt - stets mit Anodenspannungen
von 4,5, 7,5, 15 Volt oder noch mehr angewendet wurden und offenbar auch angewendet
werden müssen.
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Die technische Lehre der Erfindung - Elektro-Osmose und Elektro-Kinese
kann langfristig nur mit Spannungen unter einem bestimmten, vor. Fall zu Fall unterschiedlichen
Wert bewirkt werden-stellt also einen völligen Bruch mit den Ansichten der einschlägigen
Fachleute dar. So ist in nahezu allen Druckschriften zu lesen, Elektrodenspannungen
von lo oder 20 Volt seien völlig harmlos und ungefährlich. Man verwechselt hier
offenbar
die ~Gefährlichkeit für Lebewesen" nach VDE mit der nGefährlichkeit
im Sinne der Baugefährdung. Eine solche Baugefährdung ergibt sich bei der Anwendung
konventioneller elektrolytischer Verfahren nicht nur aus der Zerstörung der Anoden
durch Reaktion mit Sauerstoff im Stadio Nascendi, sondern auch im Hinblick aur die
C-1-Klausel der Versicherungsordnung - Umgang mit explosiven Stoffen - . Durch quantitative
Versuche wurde z.B. ermittelt und hochgerechnet, daß an einem Gebäude, das mit einem
beliebigen Flektrolyse-Verfahren entfeuchtet wird, unter bestimmten Bedingungen
sehr große Mengen an 4 ~-Knallgas entstehen können.
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Damit ist aber der technische und wirtschaftliche Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens über jeden Zweifel offenbar.
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In Fig. t und Fig. 2 sind die Meßanordnungen für die Übergangswiderstände
beschrieben. In Anhang A. und B. sind die Versuchsabläufe 12 2, 4, 5 und 7 dargestellt.
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In Fig. 1 ist dargestellt, wie eine Referenz-Elektrode (1) mit inner
zu prüfenden Anode oder Kathode (2) in Kontakt gebracht wird, so daß sich eine definierte
Berührungsstelle ergibt. Mittels Ohmmeter (3) wird der Widerstand ermittelt, der
bei bekanntem Übergangswiderstand zwischen zwei Referenzelektroden ein Haß für die
Schädigung der Anode bzw. Kathode (2) ist.
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In Fig. 2 ist die Meßanordnung für bandkabelähnliche Elektroden aus
Polytetrafluoräthylen dargestellt. Die Referenzelektrode (4) wird ebenfalls mit
einer Anode bzw. Kathode (5) gekreuzt und an ein Präzisionsinstrument (6) angeschlossen.
Es ergibt sich wiederum eine definierte Berührungsfläche geringer Größe, da die
Elektroden an ihrer Oberfläche eine Struktur in Form von Iändlaufendan Riefen aufweisen
(in der Skizze nicht dargestellt) so daß sich punktförmige Berührungsstellen ergeben.