Ziel der Entwicklung

Mit den Untersuchungen sollte geprüft werden, ob statische Magnetfelder im Feldstärkebereich bis circa 400 mT einen Einfluss auf den Einfrierprozess von Wasser und wässrigen Lösungen in Form von Schmelzpunktverschiebungen haben. Würden Magnetfelder zu einer Schmelzpunktverschiebung hin zu niedrigeren Temperaturen beitragen, wäre dies ein wesentlicher Vorteil zur Steuerung des Einfrierens von Stoffen, wie beispielsweise Lebensmittel oder biologischen Materialien.

Vorteile und Lösungen

Um eine Überprüfung zum Einfluss von statischen Magnetfeldern auf den Schmelzpunkt/Gefrierpunkt von Wasser und wässriger Lösungen vornehmen zu können, wurde ein Magnetfeldapparatur mit Messzelle zur Schmelzpunktbeobachtung konzipiert und aufgebaut.
Die für die Anwendung nutzbare maximale Magnetfeldstärke (maximal 400 mT) ergab sich aus den am Markt verfügbaren größten Permanentmagneten. Zunächst wurden die Permanentmagnete auf beweglich Schlittenhalterungen montiert, so dass der Abstand und somit die Magnetfeldstärken im Zentrum zwischen den Magneten verändert werden konnten. Zwischen den beiden Magneten wurde eine speziell hergestellte Glasmesszelle platziert, die über einen externen Thermostaten auf vorgegebene Temperaturen temperiert wurde. In der Glaszelle befanden sich die zu vermessende Probe in einer dünnwandigen Kapillare sowie ein faseroptischer Messfühler, zur Temperaturmessung im Magnetfeld. Bei allen verbauten Materialien wurde darauf geachtet, dass diese aus nicht ferromagnetischen Stoffen bestanden. Etwaige Schrauben, Führungsrohre oder Gewindespindeln mussten deshalb durch andere geeignete Materialien (Aluminium, Bronze oder Titan) ersetzt werden. Auf die Anwendung von Elektromagneten wurde aus Kostengründen verzichtet. Somit war die Variationsmöglichkeit auf statische Magnetfelder für die Untersuchungen eingeschränkt. Die mit der aufgebauten Apparatur vorgenommenen Schmelzpunktbestimmungen erfolgten an Proben, die vor der Messung im Ultraschallbad entgast wurden. Damit sollte sichergestellt werden, dass die in den Proben gelösten Gase zu keiner Beeinflussung der zu messenden Eigenschaften führte. Insgesamt wurden neben deionisierten Wasser, wässrige Lösungen mit Harnstoff (5 Prozent), Natriumchlorid (0,9 Prozent) sowie Zitronensäure (10 Prozent) vermessen. Die Proben wurden in Mengen von wenigen Mikrolitern bis minus 20 °C unterkühlt und anschließend bis zur Nähe des in Vorversuchen ermittelten Normalschmelzpunkts erwärmt. In Nähe des Schmelzpunktes erfolgte die weitere Aufwärmung der noch im Festzustand vorliegenden Proben über mehrere Minuten bzw. Stunden in 5/100 K Schritten -Thermostateneinstellung - bis zum ersten visuell wahrgenommenen Schmelzbeginn. Dieser Vorgang wurde mehrfach wiederholt und mit verschiedenen Magnetfeldstärken durchgeführt. Zwischen den Ergebnissen, die mit und ohne Magnetfeld gemessen wurden, konnten keine Unterschiede in den Schmelzpunkten festgestellt werden. Dies betrifft sowohl die Messungen mit reinem Wasser als auch die untersuchten drei wässrigen Lösungen. Es kann eingeschätzt werden, dass der Einfluss von statischen Magnetfeldern mit Magnetfeldstärken unterhalb von 400 mT auf die Eigenschaften Schmelzpunkt vernachlässigbar ist und keine praktisch relevante Auswirkung hat und somit auch nicht wirtschaftlich für Anwendungen diesbezüglich nutzbar ist. Harzgetränkte Kohlefasermatten werden auf einer Negativform positioniert und härten unter Druck und Wärme zu einem festen Teil aus. Diese Arbeitsschritte werden mit vorgetränkten Matten von der Rolle und einer Vakuumformpresse halbautomatisch zusammengefasst.

Zielgruppe und Zielmarkt

Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse wird von keiner wirtschaftlichen Verwertbarkeit ausgegangen.