DE69530342T2

DE69530342T2 - Leitung die trinkwasser leitet, aus einer kupferlegierung bestehend

Info

Publication number: DE69530342T2
Application number: DE69530342T
Authority: DE
Inventors: Walter Becker; Herbert Reinecke
Original assignee: Masco Corp; Masco Corp of Indiana
Current assignee: Masco Corp; Masco Corp of Indiana
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2015-01-20
Also published as: JPH10508341A; US5876017A; MX9504247A; WO1995022028A1; JP3394780B2; DE69530342D1; ATE237771T1; EP0698191B1; DK0698191T3; CA2160134A1; CA2160134C; DE4404194C2; ES2196061T3; EP0698191A1; DE4404194A1; RU2132012C1; EP0698191A4

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich aus Wasserarmaturen wie Hähne für die Trinkwasserversorgung, die aus Kupfer und Kupferlegierungen wie Messing bestehen und deren innere Oberflächen, die mit Wasser in Berührung kommen, mit Zinn überzogen sind.
Hintergrund der Erfindung
Wasserarmaturen, die ein Innenfutter oder eine innere Beschichtung haben, um ein Auslaugen oder Ablösen von verschiedenen Metallen in das durch diese Armaturen fliessende Wasser zu verhindern, sind bekannt. Zum Beispiel beschreibt die deutsche Patent-Offenlegungsschrift DE-OS 3515718 einen Wasserhahn mit einem Misch- und Dosierventil. In dieser Armatur ist die Innenbohrung des Wasserhahnes mit Kunststoff beschichtet. Dadurch wird ein Auslaugen oder Auswaschen zum Beispiel von Blei und Zink aus Messingarmaturen oder die Ablösung von Kupfer aus Kupferarmaturen in das Wasser verhindert. Es ist aber sehr kostspielig, die Kunststoffauskleidung anzubringen.
Die deutsche Patentschrift DE-PS 14192 offenbart einen Armaturenkörper, dessen Inneres verzinnt ist. Jedoch ist das verzinnte Innere nur vorgesehen, um später eine Bleiauskleidung auf der Innenseite des Metallkörpers giessen zu können, die dann mit der durchfliessenden Flüssigkeit in Berührung kommt.
Die deutsche Patentschrift DE-PS 22802 offenbart Ventile, Hähne, Pumpenkörper bzw. weitere Maschinenteile, die einen Schutzüberzug aus Zinn – unter anderen Materialien – haben, um gegen chemischen Angriff durch Chemikalien zu schützen. Jedoch werden Gusskerne in den zu schützenden Eisenkern eingesetzt, die zusammen mit dem Eisenkern eine Giessform bilden. Diese Giessform wird mit Zinn ausgekleidet, wodurch ein massiver schützender Gusskörper aus Zinn geschaffen wird. Wegen seiner Dicke kann der schützende Zinnkörper nicht bei Armaturen mit Gewinde eingesetzt werden.
Die japanische Patentschrift JP 04 099 180 B offenbart eine Sn-Schicht aus der Innenseite eines Kupferrohres, die einer oxidierenden Behandlung unterworfen wird, um eine Aussenschicht aus Sn-Oxid zu bilden, wobei dieser Oxidfilm den Widerstand der Sn-Schicht gegen ein Abblättern verbessert.
Es ist ferner möglich, Armaturen aus Legierungen einzusetzen, deren Komponenten als physiologisch unbedenklich betrachtet werden. Zum Beispiel Bronze als eine reine Legierung aus Kupfer und Zinn. Solche Legierungen sind aber verhältnismässig teuer.
Bleifreie Messinglegierungen bzw. Legierungen, deren Komponenten ein Auslaugen des Zinns verhindern, sind ebenfalls bekannt. Solche Messinglegierungen haben aber nachteilige Verarbeitungseigenschaften, zum Beispiel bilden sie bei der maschinellen Bearbeitung lange Späne, die die Werkzeuge zusetzen.
Statt Blei kann auch Bismut zu einer Messinglegierung hinzugefügt werden, um die erforderlichen Bearbeitungseigenschaften der Legierung zu bewahren. Auch können Arsen oder Antimon verwendet werden, um die sogenannte Entzinkung zu bekämpfen. Jedoch wird dadurch die Natur einer solchen Legierung verändert. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten beim Recycling.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die oben diskutierten Nachteile und stellt eine Wasserarmatur zur Verfügung, die aus einer billigen, herkömmlichen Messinglegierung besteht, aus der Metalle nicht in das durch die Armatur fliessende Wasser ausgelaugt oder abgelöst werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Wasserarmatur wie zum Beispiel einen Hahn für Trinkwasserleitung, die aus Kupfer und seinen Legierungen besteht, das mit einer aus Zinn (Sn) bestehenden inneren Auskleidung oder Beschichtung versehen ist. Zu den Kupferlegierungen, aus denen die Wasserarmatur hergestellt wird, gehören die, die Zink und Blei enthalten, zum Beispiel Messing.
Die Sn-Auskleidung oder -Beschichtung ist ziemlich dünn, sie hat Dicken von etwa 2 bis etwa 4 um. Die Sn-Beschichtung oder -Schicht wird zumindest auf den inneren Oberflächen der Armatur einschliesslich der Gewinde angebracht. Die Sn-Beschichtung oder -Auskleidung wird chemisch aus einem flüssigen chemischen Zinnabscheidungsbad aufgebracht. So kommt durch die Armatur fliessendes Wasser nur mit der verhältnismässig inerten Sn-Auskleidung in Berührung, wodurch Probleme des Auslaugens von Metallen wie Blei ins Trinkwasser ausgeschlossen werden. Weiter liegt die Gesamtdicke der Sn-Beschichtung mit einem Höchstwert von 4 um innerhalb der Fertigungsabweichungen eines gewöhnlich verwendeten Gewindes von 0,025 bis 0,05 mm, wenn man das metrische oder Zollsystem der fertigen Armatur zugrunde legt. Das bedeutet, dass die beschichtete Armatur keine zusätzlichen Bearbeitungs- oder Schlichtschritte erfordert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt durch eine Wasserarmatur; und
2 ist ein vergrösserter Teilquerschnitt durch ein Innengewinde der Armatur der 1, der die Zinnbeschichtung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Zinn- (Sn-) Beschichtung oder -Auskleidung 18 mit einer Dicke von ewa 2 bis etwa 4 um ist auf der Innenseite der Armatur 10 aufgebracht. Diese Beschichtung ist chemisch auf zumindest die inneren Oberflächen der Armatur, die mit Wasser in Berührung kommen, aufgebracht. Die Beschichtung 18 hat allgemein eine gleichförmige Dicke. Sie wird chemisch bei einer Temperatur von 50 bis 80°C aus einem Zinnbad aufgebracht.
Die chemischen Zinnbäder sind bekannt und herkömmlich. Ein Zinnbad, das verwendet werden kann, enthält
20 g Zinn(II) pro Liter Wasser,
1 g Zinn(IV) pro Liter Wasser,
150 g Säurekonzentrat pro Liter Wasser.
Mit einer Badzusammensetzung dieses Typs ist es möglich, chemisch selbst solche Armaturen, die einen komplizierten Aufbau haben und mit vielen verschiedenen Kammern im Inneren versehen sind, gleichförmig und vollständig zu verzinnen, so dass im Wesentlichen kein Auswaschen oder Ablösen durch die durchfliessende Flüssigkeit entdeckt werden kann. Die Armaturen aus Messinglegierungen, die in einem solchen Zinnbad behandelt worden sind, eignen sich zum Gebrauch als Armaturen der Trinkwasserleitung. Sie genügen auch den Anforderungen bezüglich Wasserreinheit in den Vereinigten Staaten.
Auf der Basis der hohen Zinnabscheidungsgeschwindigkeit des chemischen Abscheidungsprozesses der Erfindung kann nach einer vollständigen Reinigung des Armaturenkörpers eine gleichförmige und kontinuierliche Zinnbeschichtung innerhalb einer Zeit von nur 20 bis 40 min auf alle Oberflächen aufgebracht werden. Die Beschichtung bzw. Auskleidung verhindert zuverlässig und dauerhaft das Herauswaschen oder Ablösen von möglicherweise schädlichen Komponenten aus Trinkwasserarmaturen, insbesondere solchen, die aus Messinglegierungen bestehen.
Bevor sie dem Zinnabscheidungsprozess unterworfen werden, müssen die inneren und äusseren Oberflächen, insbesondere aber die inneren Oberflächen des Armaturenkörpers gereinigt werden, und zwar insbesondere von Teilchen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Zinn-Grundschicht von etwa 1 um Dicke vor der stromlosen oder chemischen Aufbiringung von Zinn elektrochemisch auf die Armaturoberfläche aufgebracht. Somit ist die chemisch aufgebrachte Zinnschicht von 2 bis 4 um die abschliessende Schicht auf der elektrochemisch aufgebrachten Grundschicht.
Wegen dieser elektrochemischen Verzinnung mit einer sehr dünnen, maximal 1 um dicken Zinnschicht haben die Armaturoberflächen zu Beginn der chemischen Zinnabscheidung eine einheitliche Kontaktbereitschaft, was eine besonders gute Basis für eine gleichförmige chemische Zinnbeschichtung bietet. Dies hat eine vorteilhafte Auswirkung, nicht nur auf die Einheitlichkeit der Zinndeckschicht, sondern auch auf die Haltbarkeit.
Für eine elektrochemische Zinnabscheidung besteht das herkömmliche Bad aus 0,068 Litern Schwefelsäure pro Liter Wasser und 15 g Zinn(II) pro Liter Wasser. Zusätzlich werden normalerweise dem Bad ein basischer Zusatzstoff und ein Glanzbildner hinzugefügt.
In Ergänzung zu den bereits beschriebenen Verfahrensschritten ist es auch auf vorteilhafte Weise während der elektrochemischen Zinnabscheidung möglich, das Bad zu rühren oder die zu beschichtenden Armaturen mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung durch das Bad zu ziehen. Dadurch wird die Gleichförmigkeit der Zinnabscheidung verbessert.
Schliesslich hat der erfindungsgemässe Prozess besonders vorteilhafte Ergebnisse, wenn die Stromdichte während der elektrochemischen Zinnabscheidung 1,5 bis 2A pro dm² beträgt.
Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wird eine Armatur als Ganzes in den Figuren mit der Bezugszahl 10 bezeichnet.
Die Armatur 10 ist ein Absperrventil, das eine Komponente einer Wasserarmatur ist und ein Ventilgehäuse 11 besitzt, das einen Zulaufanschluss 12, einen Ablaufanschluss 13 und einen Anschluss 14 zur Aufnahme eines Ventiloberteils 15 hat. Das Ventiloberteil 15 wird über eine Aussengewindeverlängerung 16 in das Innengewinde 17 des aufnehmenden Anschlusses 14 eingesetzt.
Die Armatur 10 besteht aus Messing mit Anteilen von Blei und Zink und ist, wie oben beschrieben, auf ihrer Innen- und Aussenseite mit einer chemisch aufgebrachten Zinnbeschichtung versehen, die in 1 nicht gezeigt ist.
Ein vergrösserter Querschnitt des Innengewindes 17 des aufnehmenden Anschlusses 14 ist in 2 zu sehen. Die Armatur hat eine gleichmässige Deckschicht aus Zinn (Sn), die durch die Bezugszahl 18 angedeutet ist, selbst im Gebiet von Oberflächen mit Gewinde.
Eine solche Armatur 10, die selbst im Bereich des Gewindes mit einer Sn-Deckschicht 18 versehen ist, braucht nach der Zinnabscheidung nicht noch einmal nachgearbeitet zu werden, da die Gesamtdicke der Sn-Deckschicht 18 im Bereich der Massabweichungen der fertigen Armatur 10 wie auch des Gewindes 17 liegt. Naturlich ist es aber möglich, danach aus optischen Gründen eine Verchromung anzubringen, zum Beispiel auf der Aussenseite des Armaturenkörpers.

Claims

Wasserleitungsarmatur 10 für Trinkwasserleitung aus Kupfer oder einer Kupfer Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sn-Beschichtung 18 auf zumindest der Innenseite der Armatur 10 angebracht ist, wobei die benannte Sn-Beschichtung 18 mit dem Wasser in Berührung steht.
Armatur des Anspruchs 1, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 eine Dicke von etwa 2 bis etwa 4 im hat.
Armatur des Anspruchs 2, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 chemisch aufgebracht ist.
Armatur des Anspruchs 3, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 stromlos abgeschiedenes Zinn ist.
Armatur des Anspruchs 3, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 von allgemein gleichförmiger Dicke ist.
Armatur des Anspruchs 4, worin die benannte Armatur 10 eine Grundschicht von elektrolytisch abgeschiedenem Zinn einschliesst, die zwischen der benannten stromlosen Sn-Beschichtung 18 und der Oberfläche der benannten Armatur angeordnet ist.
Armatur des Anspruchs 6, worin die benannte Grundschicht eine maximale Dicke von etwa 1 im hat.
Armatur des Anspruchs 1, worin die benannte Armatur 10 aus einer Zink und Blei enthaltenden Kupferlegierung besteht.
Armatur des Anspruchs 8, worin die benannte Kupferlegierung Messing ist.
Armatur des Anspruchs 1, worin die inneren und äusseren Oberflächen der benannten Armatur 10 eine darauf angeordnete Sn-Beschichtung 18 haben.
Verfahren, um eine im Wesentlichen inerte Beschichtung zumindest auf den inneren Oberflächen einer Trinkwasser leitenden, aus Messing bestehenden Leitungsarmatur 10 zu liefern, darin bestehend, zumindest diejenigen Oberflächen zu reinigen, auf die die benannte Beschichtung aufgebracht werden soll, und die benannten Oberflächen für eine Zeitdauer mit einem Zinnbad in Berührung zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch eine stromlose Sn-Beschichtung 18 mit einer Dicke von etwa 2 bis etwa 4 im auf die benannten Oberflächen chemisch aufgebracht wird, wobei die benannte Sn-Beschichtung mit dem Trinkwasser in Berührung steht.
Verfahren des Anspruchs 11, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 aus einem chemischen Zinnbeschichtungsbad bei einer Temperatur von etwa 50 bis etwa 80°C aufgebracht wird.
Verfahren des Anspruchs 11, worin das benannte Bad etwa 20 Gramm Zinn(II) pro Liter Wasser, etwa 1 Gramm Zinn(IV) pro Liter Wasser und etwa 150 Gramm Säurekonzentrat pro Liter Wasser enthält.
Verfahren des Anspruchs 11, worin die benannte Sn-Beschichtung 18 als eine Beschichtung von gleichförmiger Dicke aufgebracht wird.
Verfahren des Anspruchs 11, das beinhaltet, eine Zinngrundschicht mit einer maximalen Dicke von etwa 1 im elektrolytisch auf der benannten Oberfläche der benannten Armatur 10 abzuscheiden und sodann die benannte stromlose Sn-Beschichtung 18 auf die elektrolytisch abgeschiedene Zinngrundschicht aufzubringen.
Verfahren des Anspruchs 15, worin die benannte, elektrolytisch abgeschiedene Zinngrundschicht aus einem elektrolytischen Zinnabscheidungsbad aufgebracht wird.
Verfahren des Anspruchs 16, worin das benannte elektrolytische Zinnabscheidungsbad etwa 0,068 Liter Schwefelsäure pro Liter Wasser und etwa 15 Gramm Zinn(II) pro Liter Wasser enthält.
Verfahren des Anspruchs 16, worin das benannte elektrolytische Abscheidungsbad während der Zinnabscheidung gerührt wird.
Verfahren des Anspruchs 16, worin die Stromdichte während der elektrolytischen Zinnabscheidung etwa 1,5 bis etwa 2 A/dm² beträgt.