DE1156626B

DE1156626B - Anordnung zum kathodischen Korrosionsschutz von Koerpern aus Eisen und Stahl mittels Fremdstrom

Info

Publication number: DE1156626B
Application number: DES55688A
Authority: DE
Inventors: Rolland Clifford Sabins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-08-06
Filing date: 1957-10-28
Publication date: 1963-10-31
Also published as: NL219618A; US2918420A; DE1154331B; NL109089C

Description

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, indem man den Körper an den negativen Pol einer Spannungsquelle anschließt, deren positiver Pol galvanisch mit dem 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 *5 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 zum kathodischen Korrosionsschutz von Körpern aus Eisen und Stahl in einem Elektrolyten mittels Fremdstrom, einer unlöslichen Anode und einer Bezugselektrode. Der Körper wird hierbei an den einen Pol der Fremdstromquelle angeschlossen, während deren anderer Pol zu der unlöslichen Anode führt, die ebenfalls in den Elektrolyten eingetaucht ist. Die Bezugselektrode besitzt auf Grund ihrer physikalischen Eigenschaften gegenüber dem Elektrolyten unter normalen Bedingungen ein praktisch konstantes Potential, so daß sie als Vergleichspunkt zum Messen des Potentials des zu schützenden Körpers und der unlöslichen Anode gegenüber dem Elektrolyten und zum Überwachen der gesamten Fremdstromanlage verwendet werden kann.

Vorgeschlagen wurde bereits eine Schaltungsanordnung zum Schütze eines Metallbauteiles gegen elektrolytische Korrosion in einem Elektrolyten, bei der die Fremdstromquelle als Gleichstrom-Leistungs-Verstärker ausgebildet und von einem Vorverstärker gesteuert wird, für den die Steuerspannung zwischen dem zu schützenden Bauteil und einer Bezugselektrode oder Sonde abgenommen wird. Setzt man einmal ein gleichbleibend betriebsfähiges Verhalten der Bezugselektrode oder Sonde voraus, gewährleistet diese Anordnung einen konstanten Schutz des Metallbauteiles nur dann, wenn sowohl der Vorverstärker als auch der als Fremdstromquelle wirkende Leistungsverstärker funktionsfähig bleiben. Bei Ausfall eines dieser Schaltungselemente endet die Fremdstromerzeugung, und das zu schützende Bauteil er-Anordnung zum kathodischen Korrosionsschutz von Körpern aus Eisen und Stahl
mittels Fremdstrom

Anmelder:

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

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

reicht das Auflösungspotential. Bei einer Störung der Verstärker oder bei einem Ausfall der Stromversorgung ist somit ein Schutz nicht gewährleistet. Es ist nicht sichergestellt, daß dem zu schützenden Bauteil ständig der erforderliche Schutzstrom zugeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine solche Ausbildung der Anordnung, daß der Körper auch bei Ausfall der Fremdstromquelle geschützt wird. Dies wird durch eine Opferanode erreicht, die in dem Elektrolyten zusätzlich zwischen der unlöslichen Anode und dem Körper angeordnet ist und über die Fremdstromquelle mit der Anode und galvanisch mit dem Körper in Verbindung steht.

Die unlösliche Anode wird im allgemeinen aus Platin hergestellt. Die Opferanode besteht vorzugsweise aus legiertem Magnesium. Allgemein gilt, daß das die Opferanode bildende Metall in der elektrochemischen Spannungsreihe über demjenigen Metall steht, aus dem der zu schützende Körper besteht. Für die unlösliche Anode gilt, daß sie in der elektrochemischen Spannungsreihe unter dem zu schützenden Körper steht.

Bei Ausfall der Fremdstromquelle hält die Opferanode einen Stromfluß zwischen ihr und dem zu schützenden Körper aufrecht, wodurch dessen Poten-

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tial über dem Auflösungspotential gehalten wird. Wie der Name besagt, opfert sich die Opferanode hierbei für den zu schützenden Körper und löst sich bei längerem Ausfall der Fremdstromquelle auf.

Im Normalbetrieb bei einwandfreiem Arbeiten der Fremdstromquelle bringt die Opferanode die folgenden Vorteile:

Die Opferanode hat im allgemeinen gegenüber der unlöslichen Anode, die unmittelbar an die Fremdstromquelle angeschlossen ist, eine größere Oberfläche und befindet sich näher an dem zu schützenden Körper als jene. Das elektrostatische Spannungsfeld zwischen dem zu schützenden Körper und der unlöslichen Anode wird hierdurch vergleichmäßigt, und Feldlinien ballen sich nicht mehr an dem zu schützenden Körper zusammen und Potentialspitzen werden vermieden. Solche Feldzusammenballungen und Spannungsspitzen führen leicht zu einem Abblättern der Farbe und des Schutzanstriches, was somit durch die Opferanode vermieden wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Anordnung in Frischwasser verwendet wird, das einen gegenüber Seewasser höheren Widerstand aufweist, was zum Erreichen eines gleich wirksamen Stromflusses eine höhere Spannung erfordert. Hieraus ergibt sich eine größere Anpassungsfähigkeit der Dreielektrodenanordnung nach der Erfindung gegenüber bekannten Anordnungen mit lediglich zwei Elektroden z. B. dann, wenn das Schiff, dessen Stahlrumpf geschützt wird, mit wechselndem Tiefgang fährt oder sich in Seewasser mit schwankendem Salzgehalt bewegt.

Als Bezugselektrode wird zweckmäßig eine Silber-Silberchlorid-Elektrode genommen. Eine solche Elektrode zeigt größte Konstanz ihres Potentials.

Zum Überprüfen der Anlage ist ein Meßgerät vorgesehen, über das die Bezugselektrode wahlweise mit dem zu schützenden Körper oder der Opferanode verbindbar ist. Hierdurch können die Potentiale dieser beiden Teile gemessen werden.

Als Fremdstromquelle sieht die Erfindung einen Gleichstromgenerator oder eine Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter vor.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in der Anordnung regelbare Widerstände vorzusehen, von denen der eine zwischen der unlöslichen Anode und dem zu schützenden Körper und der andere zwischen der Opferanode und dem zu schützenden Körper liegt. Die Größe dieser Widerstände liegt über der Größe des zusammengesetzten Widerstandes aus dem Körper und dem Elektrolyten. Hier gilt die Regel, daß der zusätzlich eingefügte regelbare Widerstand etwa einhundertmal größer als der aus dem Körper und dem Elektrolyten zusammengesetzte Widerstand sein soll.

Ein solcher hoher Innenwiderstand macht die Anordnung, die in diesem Fall als Konstantstromquelle aufzufassen ist, unempfindlich gegenüber Änderungen des äußeren Widerstandes.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel für die Anordnung zwei Ausführungen. Dabei ist

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung mit Gleichstromquelle und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Anordnung mit Wechselstromquelle und eingesetzten Widerständen.

In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird als Fremdstromquelle ein mit 1 bezeichneter Gleichstromgenerator verwendet. Der positive Pol des Generators 1 ist über die Leitung 2 mit der unlöslichen Anode 3 verbunden. Der negative Pol führt über den Regelwiderstand 4 und ein Meßgerät 5 zu einem Knotenpunkt, von dem eine Leitung 6 zu der Opferanode? und eine Leitung8 über ein weiteres Meßgerät 9 und den Regelwiderstand 10 zu dem zu schützenden Körper 11 führt. Die Anode 3, die Opferanode 7 und der Körper 11 sind in den Elektrolyten 12 eingetaucht, dessen Oberfläche mit einer strichpunktierten Linie angedeutet wird.

ίο Ferner in den Elektrolyten 12 eingetaucht ist die Bezugselektrode 13. Über ein Meßgerät 14, ein Millivoltmeter, ist die Bezugselektrode 13 mit dem Arm 15 eines Schalters verbunden, der mit seinem Kontakt 16 mit den feststehenden Kontakten 17,18 und 19, 20 zusammenwirkt. Der Kontakt 18 führt über die Leitung 21 zu dem zu schützenden Körper 11, während der Kontakt 17 über die Leitung 22 mit der Opferanode 7 verbunden ist. Von dem zwischen Bezugselektrode 13 und Meßgerät 14 liegenden Knotenpunkt führt eine Leitung 23 zu einer Gleichstromquelle 24, die als Batterie dargestellt ist.

Die Gleichstromquelle 24, deren positiver Pol an die Bezugselektrode 13 angeschlossen ist, wobei sich dieser Stromkreis über die Leitung 21, den zu schützenden Körper und den Elektrolyten schließt, wenn der Schalter mit seinem Kontakt 16 die Kontakte 19 und 20 überbrückt, dient dazu, die Bezugselektrode 13 aufzufrischen bzw. zu depolarisieren. Bei längerem Gebrauch kann die Bezugselektrode 13 durch Polarisation ihren Bezugscharakter verlieren und von ihrem konstanten Potential gegenüber dem Elektrolyten 12 abweichen. Durch Betätigen des Schalters wird die Bezugselektrode an den positiven Pol der Gleichstromquelle 24 angeschlossen, wodurch die Polarisation ausgeglichen und der Bezugscharakter wiederhergestellt wird.

Die Meßgeräte 5 und 9 im oberen Zweig der Schaltung dienen zur allgemeinen Überwachung der Anordnung und zum Messen der in den jeweiligen Zweigen fließenden Ströme.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Von rechts ausgehend befindet sich die Anode 3 unterhalb des Spiegels des Elektrolyten 12 und ist über die Leitung 2 mit der Fremdstromquelle verbunden, die hier aus einem an eine Wechselstromquelle 25 angeschlossenen Transformator 26 mit nachgeschaltetem Gleichrichter 27 besteht. Von dem Gleichrichter 27 läuft der Strom über das Meßgerät 5, den veränderlichen Widerstand 4 und einen Festwiderstand 28 zur Opferanode 7. Von dort führt der Weg zu dem Meßgerät 9, dem veränderlichen Widerstand 10 und einem Festwiderstand 29, der durch einen Schalter 30 überbrückt werden kann. Vom Schalter 30 führt die Verbindung zu dem Körper 11. In der Schaltung liegt zwischen Opferanode 7 und Körper 11 die Bezugselektrode 13, die über das Meßgerät 14 an den Schalter 15 angeschlossen ist, dessen Kontakt 17 über die Leitung 22 zur Opferanode und dessen Kontakt 18 über die Leitung 21 zum Körper 11 führt.

Im normalen Betrieb (vgl. insbesondere Fig. 1) kann die Bezugselektrode 13 abgeschaltet sein, wobei der Arm 15 des Schalters die in den Figuren dargestellte Lage einnimmt. Durch Umlegen des Armes 16 nach rechts werden die Kontakte 16 und 17 verbunden, und an dem Meßgerät 14 läßt sich das Potential der Opferanode 7 ablesen. Durch Umlegen des Schal-

ters in der anderen Richtung werden die Kontakte 16 und 18 miteinander verbunden, und das Meßgerät 14 zeigt das Potential des zu schützenden Körpers 11. Bei noch weiterem Umlegen des Armes 15 nach links schließen sich die beiden Kontakte 19 und 20, und der Bezugselektrode 13 wird zum Depolarisieren positiver Strom zugeführt.

Als Anhalt für die im tatsächlichen Betrieb auftretenden Potentiale, z. B. wenn sich ein Schiffsrumpf aus Stahl in Seewasser (Salzwasser) befindet, sei genannt, daß das Potential des Schiffsrumpfes bei 630 mV liegt, wenn kein Fremdstrom zugeführt wird. Das Potential einer aus Magnesium bestehenden Opferanode liegt bei 1590 mV, wenn kein Fremdstrom zugeführt wird.

Um einen solchen Schiffsrumpf vor Korrosion oder Auflösung zu schützen, muß sein Potential auf annähernd 890 mV angehoben werden, d. h. um einen Betrag von 260 mV. Das Potential einer Opferanode ist um 515 mV auf 2105 mV anzuheben, um bei Betrieb ohne Fremdstrom die Opferanode vor einem Auflösen zu schützen.

Mit einer der gezeigten Fremdstromquellen wird über die unlösliche Anode 3 so viel Strom in die Anordnung eingespeist, daß die Potentiale des zu schützenden Körpers 11 und der Opferanode 7 gegenüber dem Elektrolyten 12 auf die genannten Werte ansteigen. Das Einstellen der Ströme kann z. B. mittels der regelbaren Widerstände 4 und 10 erfolgen, während die Größe der Ströme an den Meßgeräten 5 und 9 abgelesen wird.

Bei Ausfall der Fremdstromquelle wird durch das natürliche Potential der Opferanode 7 gegenüber dem Elektrolyten 12 ein solcher Strom durch den in den Schaltbildern links dargestellten Zweig gedruckt, daß das Potential des zu schützenden Körpers 11 über dessen Auflösungspotential gehalten und eine Korrosion verhindert wird.

Die in der Schaltung nach Fig. 2 gezeigten Festwiderstände 28 und 29 sind diejenigen, deren Größe sich aus dem oben angegebenen Verhältnis von 100:1 zwischen diesem Festwiderstand und dem zusammengesetzten Widerstand aus zu schützendem Körperll und Elektrolyt 12 bestimmt. Mit dem zu dem Festwiderstand 29 parallel liegenden Schalter 30 im linken Zweig der Schaltung kann der Festwiderstand 29 wahlweise in den Kreis ein- oder ausgeschaltet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zum kathodischen Korrosionsschutz von Körpern aus Eisen und Stahl in einem Elektrolyten mittels Fremdstrom enthaltend eine unlösliche Anode und eine Bezugselektrode, gekennzeichnet durch eine in den Elektrolyten

(12) zwischen Anode (3) und Körper (11) zusätzlich angeordnete Opferanode (7), die mit der Anode (3) über die Fremdstromquelle (1) und mit dem Körper (11) galvanisch verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (13) eine Silber-Silberchlorid-Elektrode ist.

3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode

(13) über ein Meßgerät (14) wahlweise mit dem Körper (11) oder der Opferanode (7) verbindbar ist.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstromquelle (1) ein Gleichstromgenerator ist.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstromquelle (1) eine Wechselstromquelle (25, 26) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (27) ist.

6. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch je einen zwischen Anode (3) und Körper (7) einerseits und Opferanode (7) und Körper (11) andererseits liegenden regelbaren Widerstand (4, 10), deren Größe über der Größe des zusammengesetzten Widerstandes aus dem Körper (11) und dem Elektrolyten (12) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 480 996.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen