DE1154331B

DE1154331B - Schaltungs-Anordnung zum Depolarisieren der in einer Anlage zum kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromquelle verwendeten Bezugselektrode

Info

Publication number: DE1154331B
Application number: DES63501A
Authority: DE
Inventors: Rolland Clifford Sabins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-08-06
Filing date: 1957-10-28
Publication date: 1963-09-12
Also published as: NL219618A; DE1156626B; US2918420A; NL109089C

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

BSTERNAT.KL. C 23 f

S 63501 VIb/48d

ANMELDETAG: 28. OKTOBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 12. SEPTEMBER 1963

Es ist bekannt, einen einer Korrosion ausgesetzten Körper, wie z. B. eine Stahlplatte in einem Elektrolyten, einen Schiffsrumpf in Seewasser oder eine Rohrleitung im Erdreich, dadurch zu schützen und die Korrosion zu unterbinden, daß man den Körper an den negativen Pol einer Spannungsquelle anschließt, deren positiver Pol mit einer Gegenelektrode im Elektrolyten verbunden ist. Eine solche Spannungsquelle wird mit dem Ausdruck Fremdstromquelle bezeichnet, da sich der durch sie in den Kreis eingespeiste Strom als Fremdstrom demjenigen Strom überlagert, der durch natürliche Reaktion auf Grund des elektrochemischen Spannungsgefälles zwischen dem zu schützenden Körper einerseits und dem Elektrolyten andererseits zum Fließen gebracht wird. Durch die Überlagerung des Fremdstromes wird der zu schützende Körper gegenüber dem Elektrolyten kathodisch, und man spricht vom kathodischen Korrosionsschutz, da an den kathodischen Bereichen keine Korrosion mehr auftritt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Anordnung, bei der der positive Pol der Fremdstromquelle zu einer Anode führt, die in den Elektrolyten eingetaucht ist. Außer dieser Anode befinden sich der zu schützende Körper selbst, eine Opferanode und eine Bezugselektrode in dem Elektrolyten. Die Opfer» anode hält bei Ausfall der Fremdstromquelle den Stromfluß in dem Kreis aufrecht. Die Bezugselektrode besitzt auf Grund ihrer physikalischen Eigenschaften gegenüber dem Elektrolyten ein praktisch konstantes Potential, so daß sie als Vergleichspunkt zum Messen des Potentials des zu schützenden Körpers gegenüber dem Elektrolyten und zum Überwachen der gesamten Fremdstromanlage verwendet werden kann. Nach einer gewissen Zeit wird aber das Potential der Bezugselektrode durch Polarisation, vorwiegend durch Absondern von Wasserstoff verfälscht, so daß die Anzeige ungenau wird.

Mit der Erfindung wird diese Erscheinung beseitigt und die Bezugselektrode selbsttätig auf konstantem Potential gehalten.

Hierbei macht die Erfindung von einem an sich bekannten Prinzip zum Depolarisieren bzw. Auffrischen einer Bezugselektrode Gebrauch, wozu eine Gleichstromquelle verwendet wird, deren positiver Pol an die Bezugselektrode und deren negativer Pol an den zu schützenden Körper anschließbar ist. Dabei kann die Gleichstromquelle ständig mit dem Körper und der Bezugselektrode verbunden sein oder mit einem Schalter von Hand elektrisch zwischen diese gelegt werden.

Wird die Bezugselektrode an den positiven Pol der Schaltungs-Anordnung zum Depolarisieren

der in einer Anlage zum kathodischen

Korrosionsschutz mit Fremdstromquelle

verwendeten Bezugselektrode

Anmelder:

Rolland Clifford Sabins, San Diego, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing, E. Berkenfeld, Patentanwalt, Köln-Lindenthal 3, Universitätsstr. 31

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Dezember 1956, 11. März, 25. März

und 13. Mai 1957 (Nr. 625 708, Nr. 645 353, Nr. 648 267,

Nr. 648 320 und Nr. 658 765)

Rolland Clifford Sabins, San Diego, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Gleichstromquelle angeschaltet und der Stromkreis durch Verbinden des negativen Pols der Gleichstromquelle mit dem Körper geschlossen, wird die Bezugselektrode depolarisiert oder aufgefrischt und ihr Potential damit konstant gehalten. Das Potential der Bezugselektrode wird damit geregelt.

Nach der Erfindung wird dieser Vorgang der Regelung des Potentials der Bezugselektrode durch ein zwischen dem zu schützenden Körper und der Bezugselektrode liegendes und auf deren Potentialunterschied ansprechendes Meßgerät automatisiert, wozu weiter ein mit diesem Meßgerät gekoppeltes Relais vorgesehen ist, das bei Erregung durch das Meßgerät die Bezugselektrode mit der Gleichstromquelle verbindet. Hierzu kann an das Relais eine Verzögerungseinrichtung angeschlossen sein, die die

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an die Gleichstromquelle angeschlossene Bezugs- von der letztere in den Bezugskreis für den Körper 1

elektrode nach einer bestimmten Zeit wieder von ihr führt.

trennt. Der Kreis zum Depolarisieren oder Auffrischen

Die Erfindung sieht weiter einen zwischen Fremd- der Bezugselektrode 10 schließt sich an die Bezugsstromquelle und zu schützendem Körper eingeschal- 5 kreise an und enthält zusätzlich zwei feststehende Konteten Widerstand vor sowie ein von dem eben er- takte 15 und 16 und eine Gleichstromquelle 17. Die wähnten Relais geschaltetes weiteres Relais, das bei beiden Kontakte 15 und 16 werden durch den isoliert Erregung einen Abschnitt dieses Widerstandes zu- auf dem Schaltarm 12 angeordneten Kontakt 18 übersätzlich in die Leitung einschaltet. Hierdurch wird brückt.

der dem zu schützenden Körper zum Korrosions- io Bei der in Fig. 2 gezeigten selbsttätig arbeitenden

schutz zugeführte Fremdstrom selbsttätig auf den- Schaltungsanordnung wird der Opferanode 2 von

jenigen Wert gehalten, den das jeweilige Potential einem Transformator 20 Strom zugeführt, der über

des Körpers erfordert. das Seewasser, die Anode 3 und den Gleichrichter 21

Es wurde bereits eine Schaltungsanordnung zum zurückfließt. Normalerweise wird dem hier als Schutz eines Metallbauteiles gegen elektrolytische 15 Schiffsrumpf 1 dargestellten Körper Strom über einen Korrosion in einem Elektrolyten vorgeschlagen, bei Kreis zugeführt, der die Opferanode 2, den Stromder ein zum kathodischen Korrosionsschutz verwen- messer 7, die Leitung 22, den feststehenden Kontakt deter Fremdstrom automatisch mit einer Bezugs- 23, den beweglichen Kontakt 24 eines Relais 25, elektrode geregelt wird. Bei dieser Anordnung liegt eine Leitung 26, einen Abschnitt des veränderlichen ein auf das Potential ansprechender Vorverstärker 20 Widerstandes 36, die Leitung 37 und den Körper 1 zwischen dem zu schützenden Metallbauteil und der selbst enthält, wobei der Strom dann über das See-Bezugselektrode. Der Vorverstärker steuert seiner- wasser zur Opferanode 2 zurückfließt. Der Kontakt seits die als Leistungsverstärker ausgebildete Fremd- 24 wird normalerweise durch eine Feder 38 auf dem stromquelle. Dabei hängt die Steuerung von dem Kontakt 23 geschlossen gehalten. Liegt das Potential Potentialunterschied zwischen der Bezugselektrode 25 des Körpers 1 über einem bestimmten Höchstwert, und dem zu schützenden Metallbauteil ab. Gemäß wird der Abschnitt 39 des Widerstandes 36 durch der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Schal- Unterbrechen des Kurzschlusses in den Kreis eintungsanordnung zur automatischen Regelung des geschaltet. Dies geschieht durch die noch nachPotentials der Bezugselektrode und nicht der Größe stehend beschriebene Erregung des Relais 25.
des Fremdstromes vorgesehen. Zu diesem Zweck 30 Die Bezugselektrode 10 ist über das Meßgerät 40, liegt bei der Erfindung zwischen dem zu schützenden den Widerstand 41 und die Spule 42 an den Körper 1 Körper und der Bezugselektrode ein auf deren angeschlossen, wobei der Strom durch das Seewasser Potentialunterschied ansprechendes Meßgerät, das zu der Bezugselektrode 10 zurückfließt. Hat das seinerseits ein Relais erregt, das im Bedarfsfalle die Bezugspotential einen bestimmten hohen Wert, über-Bezugselektrode mit einer Gleichstromquelle verbin- 35 brückt der Arm 43 des Meßgerätes 40 mit dem Kondet. Durch diese Anordnung wird die Bezugs- takt 44 die Kontakte 45 und 46. Solange die Konelektrode von Zeit zu Zeit selbsttätig aufgefrischt. takte 45 und 46 durch den beweglichen Kontakt 44 Bei der vorgeschlagenen Anordnung tritt diese Wir- überbrückt sind, wird ein Kreis von der Sekundärkung nicht ein. spule 47 eines Transformators 48 über einen Wider-Die Zeichnung dient zur Erläuterung der erfin- 40 stand 49, die Kontakte 46, 44 und 45, die Leitung 50, dungsgemäßen Schaltanordnung. Dabei zeigt die Spule 51 eines Relais 52 zu einem Milliampere-

Fig. 1 das der Erfindung zugrunde liegende allge- meter 53 und einem Gleichrichter 54 zurück zur

meine Prinzip und Sekundärspule 47 geschlossen.

Fig. 2 die selbsttätig arbeitende Schaltungsanord- Das Relais 52 steuert zwei Kontaktsätze. Einer

nung, die den Gegenstand der Erfindung bildet. 45 dieser Kontaktsätze, nämlich der bewegliche Kontakt

Fig. 1 zeigt zur Erläuterung des allgemeinen Prin- 53 und die feststehenden Kontakte 54 und 55, zips des Auffrischens bzw. der Depolarisation einer schließt über die Spule 56 des Relais 25 einen Bezugselektrode als Beispiel für den zu schützenden Stromkreis und über die Primärspule 57 eines TransKörper 1 eine Stahlplatte, als Opferanode 2 eine formators 58 einen weiteren Stromkreis. Solange der Magnesiumplatte und als Anode 3 eine Platinplatte. 50 Kontakt 53 die Kontakte 54 und 55 schließt, besteht Auf die elektrischen Funktionen dieser Teile wurde für die Spule 56 der folgende Stromkreis: Wechselbereits zu Beginn der Beschreibung hingewiesen. Stromanschluß, eine Sicherung, Kontakte 55, 53 und

Im Beispiel sind diese Teile in Seewasser einge- 54 und über die Spule 56 zurück zur Leitung 59. Der taucht, dessen Oberfläche durch das Bezugszeichen 4 Stromkreis wird auch über die Primärspule 57 aufnäher bestimmt ist. Eine Stromquelle 5 liegt zwischen 55 rechterhalten, da diese parallel zu der Spule 56 liegt, der Anode 3 und der Opferanode 2. Im Stromkreis Wird die Spule 56 erregt, so trennt sich der Kontakt liegen noch ein veränderlicher Widerstand 6 und ein 24 von dem Kontakt 23, und der Fremdstrom zum Strommesser 7. Dieser galvanische Kreis wird durch Körper 1 fließt ebenso über den Abschnitt 39 des das Seewasser geschlossen. Ebenso erhält der Kör- Widerstandes 36.

per 1 Strom, und zwar über den Strommesser 8 und 60 Bei Erregung des Relais 25 durch die Spule 56

den veränderlichen Widerstand 9. Dieser Kreis überbrückt weiter der Kontakt 60 auf dem Hebel des

schließt sich ebenfalls über das Seewasser zur Relais 52 die Kontakte 61 und 62 und schließt einen

Anode 3 und zum positiven Pol der Stromquelle 5. zu der Bezugselektrode 10 führenden Depolarisie-

Die Potentiale von Körper 1 und Opferanode 2 rungskreis; d. h., die Elektrode 10 wird an den posi-

werden über Bezugskreise gemessen. Der Bezugs- 65 tiven Pol der Sekundärwicklung 47 angeschlossen,

kreis für die Opferanode 2 enthält eine Bezugs- wobei der Kreis über die Bezugselektrode 10, das

elektrode 10, ein Millivoltmeter 11 und einen Schalt- Seewasser, den Körper 1 und die Leitungen zu dem

arm 12 mit festen Gegenkontakten 13 und 14, wo- negativen Pol der Sekundärwicklung 47 läuft. Die

Gleichrichtung erfolgt unter Überwachung durch das Milliamperemeter 53 mit dem Gleichrichter 54.

Der Arm 43 des Meßgerätes 40 wird normalerweise durch einen Dauermagneten 63 in Kontakt schließender Stellung gehalten, kann aber durch einen Stößel

64 aus dieser Stellung entfernt werden, der durch einen Winkelhebel 65 betätigt wird. Der Winkelhebel

65 wird seinerseits entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung durch den Stößel 66 einer Magnetspule 67 bewegt. Die Spule 67 wird durch den Transformator 48 über einen Stromkreis erregt, der die Röhre 68 enthält. Die Heizwicklung 69 der Röhre 68 wird von dem Transformator 58 gespeist. Die Röhre 68 ist so gebaut und geschaltet, daß erst nach einer bestimmten Anheizzeit der Kreis für die Magnetspule 67 über die Röhre 68 geschlossen wird. Bewegt auf diese Weise der Stößel 64 nach einer bestimmten Zeit den Arm 43 entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung und unterbricht somit den Kreis zwischen den Kontakten 45 und 46, so wird dadurch die Spule 51 abgeschaltet und der Kontakt 53 von den Kontakten 54 und 55 und der Kontakt 60 von den Kontakten 61 und 62 getrennt. Hierdurch wird die Spule 56 abgeschaltet und der Abschnitt 39 des Widerstandes 36 kurzgeschlossen. Die Unterbrechung zwischen den Kontakten 61 und 62 bringt auch mit sich, daß die Depolarisation der Bezugselektrode 10 unterbrochen wird.

Überschreitet das Potential im Bezugskreis einen bestimmten Wert, bewegt sich der Arm 43 des Meßgerätes 40 in Richtung auf die Kontakte 45 und 46. Jedoch wird der Stößel 66 das Überbrücken dieser Kontakte so lange vermeiden, bis sich die Röhre 68 abgekühlt hat, d. h. bis der Kreis der Spule 67 unterbrochen ist, wodurch der Stößel 66 zurückgezogen wird und das Überbrücken der Kontakte 45 und 46 durch den Kontakt 44 ermöglicht. Sollte das Potential in dem Bezugskreis unter einem bestimmten Höchstwert liegen, wird dagegen der Kurzschluß des Abschnittes 39 aufrechterhalten.

Da die Bezugselektrode 10 praktisch fortwährend einer Depolarisation ausgesetzt ist, wird ihr Bezugscharakter gegenüber jeder Umgebung genügend konstant gehalten.

Weiter ist noch ein Mechanismus vorgesehen, mit dem während des Betriebes des selbsttätigen Mechanismus das Potential des zu schützenden Körpers 1 und der Opferanode 2 gemessen und einer zweiten Bezugselektrode 70 ein positiver Strom zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist ein Schalter 71 mit vier Flachkontakten 72, 73, 74 und 75 vorgesehen, die alle mittels einer in strichpunktierten Linien dargestellten Achse verbunden und beweglich sind. Schalter 71 hat fünf Stellungen, die mit a, b, c, d und e bezeichnet sind, α bedeutet die »Aus«-Stellung. Der Schalter ist in der »Aus«-Stellung gezeichnet. Steht der Schalter in der e-Stellung, die vorzugsweise während des selbsttätigen Betriebes eingestellt ist, so kann das Potential des Körpers 1 mit einem Millivoltmeter 76 und einem Kreis bestimmt werden: Bezugselektrode 70, MiUi-Voltmeter 76, feststehender Kontakt 77, Flachkontakt 73, feststehender Kontakt 78, Leitungen 79 und 37, die zu dem Körper 1 führen und von dort über das Seewasser zu der Bezugselektrode 70.

Wenn es erwünscht ist, die Bezugselektrode 70 zu depolarisieren, wird der Schalter 71 in die fr-Stellung gedreht. In dieser Stellung kann der Stromfluß von der Bezugselektrode 70 über Leitungen zu dem positiven Pol der Stromquelle 80 verfolgt werden und von deren negativen Pol zu dem feststehenden Kontakt 81, dem Flachkontakt 73, dem feststehenden Kontakt 78 und die Leitungen 79 und 37 zu dem Körper 1 und dann über das Seewasser zurück zu der Bezugselektrode 70. Hierbei kann der Strom über folgenden Kreis gemessen werden: Stromquelle 80, feststehender Kontakt 82, Flachkontakt 72, feststehender Kontakt 83, Widerstandsabschnitt 84, Millivoltmeter 76, feststehender Kontakt 85, Flachkontakt 74, feststehender Kontakt 86 und zurück zur Stromquelle 80.

Bei Handbetrieb kann das Potential des Körpers 1 an dem MiUivoltmeter 76 abgelesen werden, wenn der Schalter 71 in der c-Stellung steht. Der Kreis läßt sich dann wie nachstehend verfolgen: Bezugselektrode 70, feststehender Kontakt 87, Flachkontakt 72, feststehender Kontakt 83, Widerstandsabschnitt 84, MiUivoltmeter 76, feststehender Kontakt 88, Flachkontakt 73, Kontakt 78 und Bauteil 1 und von dort über das Seewasser zur Bezugselektrode 70.

Das Potential der Opferanode 2 kann bestimmt werden, wenn der Schalter 71 sich in der d-Stellung befindet. Der Stromkreis hierfür verläuft wie folgt: Bezugselektrode 70, Widerstandsabschnitt 89 und 84, MiUivoltmeter 76, feststehender Kontakt 90, Flachkontakt 75, feststehender Kontakt 91, Opferanode 2 und von dort dann über das Seewasser zurück zu der Bezugselektrode 70.

Man erkennt, daß der Kontakt 83 ständig auf dem Flachkontakt 72, der Kontakt 78 ständig auf dem Flachkontakt 73, der Kontakt 86 ständig auf dem Flachkontakt 74 und der Kontakt 91 ständig auf dem Flachkontakt 75 liegt.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung enthält weiter noch einen Kondensator 92, der parallel zu der aus dem Transformator 48 und dem Gleichrichter 54 gebildeten GleichspannungsqueUe liegt. Der Kondensator glättet den Gleichstrom und ermöglicht weiter, den Transformator 48 schwächer zu bemessen, da er Belastungsschwankungen auffängt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Regelung des Potentials einer in einer Anlage zum kathodischen Korrosionsschutz mit Fremdstromquelle verwendeten Bezugselektrode, wobei in der Anlage der zu schützende Körper, eine Anode und die Bezugselektrode in den Elektrolyten eingetaucht sind und der positive Pol einer Gleichstromquelle an die Bezugselektrode und deren negativer Pol an den zu schützenden Körper anschließbar ist, gekennzeichnet durch ein zwischen zu schützendem Körper (1) und Bezugselektrode (10) liegendes und auf deren Potentialunterschied ansprechendes Meßgerät (40) und ein mit dem Meßgerät gekoppeltes Relais (52), das bei Erregung durch das Meßgerät (40) die Bezugselektrode (10) mit der GleichstromqueUe (47-48, 54) verbindet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an das Relais (52) angeschlossene Verzögerungseinrichtung (64-67, 68), die die an die GleichstromqueUe (47-48, 54) angeschlossene Bezugselektrode (10) nach einer bestimmten Zeit wieder von ihr trennt.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen zwischen Fremd-

stromquelle (20, 21) und zu schützendem Körper (1) eingeschalteten Widerstand (36) und durch ein von dem Relais (52) geschaltetes weiteres Relais (25), das bei Erregung einen Abschnitt (39) des Widerstandes (36) in die Leitung (37) einschaltet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Klas und Steinrath, »Die Korrosion des Eisens und ihre Verhütung«, 1956, S. 263; »Stahl und Eisen«, 1953, S. 971, 972; »Erdöl und Kohle«, 1954, S. 649/650.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen