DE3829515C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln der Oberflächen von Werkstücken in wäßrigen Flüssigkeiten, insbesondere wäß­ rigen Lösungen und/oder Spülwässern.

Derartige Behandlungen werden beispielsweise in der Galvano- und Oberflächentechnik vorgenommen; hier gelangen die ver­ schiedensten wäßrigen Lösungen wie Salzlösungen, Säuren, Lau­ gen und Metallelektrolyte zum Vor- oder Nachbehandeln der Oberflächen, wie z.B. Entfetten, Beizen, Dekapieren, Phospha­ tieren oder Chromatieren, und zum Hauptbehandeln, wie bei­ spielsweise Brünieren, Anodisieren oder Abscheiden von Me­ tallüberzügen im Wechsel mit Spülwässern, in Gestalt von Stand-, Fließ-, Spritz- oder Sprühspülen zur Anwendung.

Alle diese Behandlungen sind mit einem Anhaften der Behand­ lungsflüssigkeit an der behandelten Oberfläche verbunden; dieses führt trotz des auf jede Behandlung unmittelbar fol­ genden Abtropfvorganges zu einer Ausschleppung von Behand­ lungsflüssigkeit und Einschleppung in die nachfolgenden wäß­ rigen Lösungen und/oder Spülwässern. Zum Ausgleich bedarf es einer ständigen Ergänzung der ausgeschleppten Behandlungs­ chemikalien sowie des Ersatzes der durch Einschleppen verun­ reinigten 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 Umweltschutzan­ forderungen höchst unerwünscht sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Mangel durch eine be­ trächtliche Verminderung des Bedarfs an Behandlungschemika­ lien 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 Behand­ lungsflüssigkeit nach dem Ansetzen aktiviert wird.

All dies kann in einem Temperaturbereich zwischen dem Erstar­ rungs- und dem Siedepunkt der jeweiligen Lösung bzw. des je­ weiligen Spülwassers erfolgen.

Als Magnetfeld kann ein permanentmagnetisches oder ein elek­ tromagnetisches verwendet werden.

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

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

Weder das oben erwähnte Patent des Kaiserlichen Patentamts noch die heutigen Geräte befassen sich jedoch mit den physi­ kochemischen Grundlagen der Aktivierungswirkung des magneti­ schen Feldes auf das Wasser. Man erklärt vielmehr die Vermei­ dung oder Beseitigung von Kalkablagerungen dadurch, daß sich der Kalk im aktivierten Wasser als loser und schlammiger Kal­ zit ausscheidet oder in diesen umwandelt und nicht wie der im nicht aktivierten Wasser ausfallende Aragonit zu festverkru­ steten 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 Kristallstruk­ turen herleiten lassen, welche diese Stoffe im festen Zustand dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes besitzen. Diese Nahord­ nung sind auch kurz oberhalb des Schmelzpunktes deutlich aus­ geprägt, verlieren sich jedoch dann mit weiter ansteigender Temperatur allmählich zugunsten einer rein statistischen Ver­ teilung 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 Flüssigkeitsstruktur stattzufinden, denn derart aktiviertes Wasser zeigt bezüglich Kalkablagerungen, Hautverträglichkeit oder Schaumbildung nach Zusatz von Tensi­ den ein deutlich anderes Verhalten als nichtaktiviertes Was­ ser, das beispielsweise zu dem oben erwähnten Vermeiden oder Beseitigen von Kalkverkrustungen führt. Auch wurde festge­ stellt, daß die Haut der Hände von Personen, die häufig mit Wasser umzugehen haben, deutlich weniger stark angegriffen wird, so daß Hautpflegemittel weniger häufig angewendet wer­ den müssen. Der Waschmitteleinsatz kann reduziert werden, und das Verwenden von Weichspülern 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 Regenerier­ bedarf von Spülmaschinen sinkt deutlich.

Im Fall der vorliegenden Erfindung ist nun überraschender­ weise festgestellt worden, daß die Ausschleppverluste im Falle der erfindungsgemäßen Aktivierung des den Behandlungs­ flüssigkeiten 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 deut­ liche Minderung der Wasserviskosität und der Oberflächenspan­ nung des Wassers.

Die Herabsetzung der Oberflächenspannung bei magnetisiertem Wasser war zwar auch bereits bekannt, wie sich u. a. als Er­ gebnis eines Verfahrens zur physikalischen Aktivierung von Flüssigkeiten, insbesondere des Wassers zu deren grenzflä­ chenaktivierender Verwendung gezeigt hat (DE-OS 28 30 956). Die dortigen Verwendungsgebiete sind jedoch anderer Natur und betreffen durchweg den biologischen Sektor, auf dem als we­ sentlicher Erfolg der Aktivierung die Üppigkeit des Pflanzen­ wachstum sowie die Frischhaltung des Wassers unter Beibehal­ tung seines natürlichen Geschmacks herausgestellt ist.

Demgegenüber führt die erfindungsgemäße Anwendung der magne­ tischen Wasseraktivierung auf die Oberflächenbehandlung von Werkstücken zu einer Minderung der Auschleppverluste 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 anderer­ seits.

Im Hinblick auf die sich laufend verschärfenden Umweltschutz­ anforderungen und die damit wachsenden Kosten gerade im Be­ reich 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 wirtschaft­ liche und ökologische Bedeutung zu.

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

Beispiel 1. Versuchsbedingungen

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

Zu verschleppende Lösung: Je ein Liter nichtaktivierte und aktivierte Kupfersulfatlösung, enthaltend 196,5 g/l CuSO₄ · 5H₂O, entsprechend 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×85 mm×0,9 mm, Oberfläche 2,0 dm² · Die Oberfläche war vor dem Versuch sorgfältig mit Kalk entfettet worden; an­ schließend erfolgte eine dichte Verkupferung infolge Zementa­ tion; mit Wasser war eine geschlossene Benetzung der gesamten Oberfläche sichergestellt.

2. Versuchsdurchführung:

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 abwechseln in die Kupfer­ sulfatlösung 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 Kup­ fersulfatlösung 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 Atomemissionsspektrografen (AES-Methode); hierzu mußten die höheren Kupfergehalte entsprechend verdünnt und die Verdünnungsfaktoren bei der Ergebnisermittlung be­ rücksichtigt werden.

3. Versuchsergebnisse:

Im Spülwasser gemessene und rechnerisch korrigierte Kupfer­ konzentrationen:

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

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

Claims (5)

1. Verfahren zum Behandeln der Oberflächen von Werkstücken in wäßrigen Flüssigkeiten, insbesondere in wäßrigen Lösun­ gen und Spülwässern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das den Behandlungsflüssigkeiten zugrunde liegende Wasser vor der Behandlung in einem magnetischen Feld aktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Behandlungslösungen zugrunde liegende Wasser vor dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit aktiviert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Behandlungslösung zugrunde liegende Wasser nach dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit aktiviert wird.

4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld eines Permanent­ magneten verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetfeld eines Elektromagneten verwendet wird.