DE1161738B - Anordnung zur automatischen Regelung des Fremdstromes in Anlagen zum kathodischen Korrosionsschutz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C23f

Deutsche Kl.: 48 dl-13/00

Nummer: 1161738

Aktenzeichen: S 66058 VIb/48 dl

Anmeldetag: 30. November 1959

Auslegetag: 23. Januar 1964

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 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 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, wobei die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin liegt, diesen Fremdstrom automatisch zu regeln. Die erfindungsgemäße Anordnung enthält dazu an bekannten Mitteln eine Fremdstromquelle, eine in den Elektrolyten eintauchende Anode und weiter einen Bezugskreis, der galvanisch und über den Elektrolyten an den zu schützenden Gegenstand angeschlossen ist, der selbst in den Elektrolyten eintaucht. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen zwischen dem zu schützenden Gegenstand und dem Bezugskreis liegenden, nur in einer Richtung wirksamen Signalverstärker vor, einen an den Signalverstärker angeschlossenen Leistungsverstärker und eine von dem Leistungsverstärker gesteuerte und als Fremdstromquelle wirkende Gleichstromquelle, die einerseits an den zu schützenden Gegenstand und andererseits an die in den Elektrolyten eintauchende Anode angeschlossen ist, und zwei an eine Gleichstromquelle angeschlossene und in den Elektrolyten eintauchende, den Bezugskreis bildende Elektroden, von denen die eine Elektrode als Anode und die andere mit dem Signalverstärker verbundene Elektrode als dipolare Anode wirkt.

Vorgeschlagen wurde bereits eine Schaltungsanordnung zum Schütze eines Metallbauteiles gegen elektrolytische Korrosion in einem Elektrolyten, bei der die Fremdstromquelle als Gleichstrom-Leistungsverstärker ausgebildet und von einem Vorverstärker ge-Anordnung zur automatischen Regelung des
Fremdstromes in Anlagen zum kathodischen
Korrosionsschutz

Anmelder:

Rolland Clifford Sabins, San Diego, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Berkenfeld, Patentanwalt,

Köln-Lindenthal 3, Universitätsstr. 31

Als Erfinder benannt:

Rolland Clifford Sabins, San Diego, CaHf.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. Dezember 1958

(Nr. 777 377)

V. St. v. Amerika vom 19. Dezember 1958

(Nr. 781 624)

steuert wird, für den die Steuerspannung zwischen dem zu schützenden Bauteil und einer Bezugselektrode oder Sonde abgenommen wird.

Diese vorgeschlagene Anordnung hat mit der erfindungsgemäßen Anordnung nur die Verwendung eines Verstärkers und dessen Steuerung durch die Bezugselektrode sowie das Merkmal gemeinsam, daß die letzte Stufe der Verstärkerkette als Gleichstrom- bzw. Fremdstromquelle ausgebildet ist. Der Unterschied zu der Erfindung liegt darin, daß diese in Kombination mit diesen Mitteln einen besonders ausgebildeten Bezugskreis vorsieht, der nicht einfach aus einer Bezugselektrode oder Sonde besteht, sondem mehrere Elektroden, die zur Speisung an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß fremde, z. B. von benachbarten Korrosionsschutzanlagen hervorgerufene Spannungsfelder einen geringeren Einfluß auf den Bezugskreis ausüben und die von diesem angegebenen Regelwerte nicht verfälschen.

In einer Ausführung sieht die Erfindung weiter einen Widerstand in der Verbindung zwischen dem Bezugskreis und dem Signalverstärker vor. Handelt es sich bei dem zu schützenden Gegenstand z. B. um ein Schiff und durchfährt dieses kurzzeitig eine Stelle, an der das Meerwasser elektrisch andere Eigen-

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schäften als das Meerwasser der Umgebung hat, so werden die hierdurch in dem Bezugskreis hervorgerufenenÄnderungen durch denWiderstand von derVerstärkerkette ferngehalten. Kurzzeitige Änderungen in der Umgebung des Schiffes bleiben damit wirkungslos.

In einer weiteren Ausführung sieht die Erfindung vor, daß der Bezugskreis eine dritte Elektrode enthält, die in den Elektrolyten eingetaucht und einerseits mit dem Signalverstärker und andererseits über einen Widerstand mit der bipolaren Elektrode verbunden ist.

Äußere Einflüsse, die das Potential der als bipolare Anode und durch ihre Verbindung mit dem Signalverstärker als Bezugselektrode wirkenden Elektrode verfälschen könnten, lassen sich dadurch ausschalten, daß man den Speisekreis für diese Elektrode auf ein hohes Potential legt, so daß äußere Spannungseinflüsse gegenüber dem hohen Potential dieses Kreises zu gering sind, um Auswirkungen zu haben. Das Potential der Bezugselektrode darf natürlich nicht zu hoch gewählt werden, da sich dies ungünstig auf den Korrosionsschutz für den zu schützenden Gegenstand auswirkt. Hierzu ist der zwischen der bipolaren Elektrode bzw. Bezugselektrode und der dritten Elektrode vorgesehene Widerstand vorhanden. Hierdurch wird bewirkt, daß die als Anode wirkende Elektrode und die dritte Elektrode auf einem hohen Potential gehalten werden und die als Bezugselektrode dienende Elektrode durch Spannungsabfall an dem Widerstand das für sie günstige niedrigere Potential erhält. Der Speisestromkreis für die als Bezugselektrode dienende Elektrode hat dadurch das notwendige hohe Potential, um ihn gegenüber äußeren Einflüssen unempfindlich zu machen, ohne daß hierbei das Potential dieser Elektrode selbst zu hoch wird.

In einer weiteren Ausführung sieht die Erfindung eine Ausgleichsschleife vor, die zwischen der Anode des Bezugskreises und der mit der Gleichstromquelle verbundenen Anode liegt. Diese Ausführung wird dadurch verbessert, daß in die Ausgangsschleife ein Widerstand und eine Diode eingeschaltet werden. Hierdurch läßt sich in einer Richtung ein Spannungsausgleich unmittelbar über einen metallischen Leiter erzielen, so daß ein Stromdurchfluß durch den Elektrolyten und dadurch entstehende nachteilige Auswirkungen vermieden werden.

Die Ausführungen der Erfindung werden nun am Beispiel der in den Zeichnungen gezeigten Schaltungen weiter erläutert. Dabei ist

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren mit der dritten Elektrode und der Ausgleichsschleife ergänzten Ausführung und

Fig. 3 ein Stromlaufplan der Ausführung nach Fig. 2.

F i g. 1 zeigt den Signalverstärker 10, den Leistungsverstärker 12,14 und die Gleichstromquelle 16, die als Gleichrichter ausgebildet sein kann. Ferner vorhanden ist die Spannungsquelle 18 für den Bezugskreis 20, der eine Steueranode 22 und die bipolare Elektrode 24 aufweist. Der Bezugskreis 20 liegt elektrisch zwischen der Anode 26 und dem zu schützenden Gegenstand 28. Die Anode 26 und der Gegenstand 28 tauchen in einen Elektrolyten 30, beispielsweise Seewasser, ein. Als zu schützender Gegenstand wird der Rumpf eines Schiffes gezeigt. Die Anode 26 kann jede geeignete Bauweise aufweisen.

Die Steueranode 22 und die bipolare Elektrode 24 tauchen in den Elektrolyten 30 und liegen nahe an dem zu schützenden Gegenstand 28. Die Anode 22 und die Elektrode 24 können aus jedem geeigneten neutralen Werkstoff bestehen, vorzugsweise aus Platin. Außerdem liegen Anode 22 und Elektrode 24 vorzugsweise sehr nahe beieinander. Die Elektrode 24 wird als »bipolar« bezeichnet, weil sie gegenüber dem zu schützenden Gegenstand 28 anodisch, gegenüber

ίο der Anode 22 dagegen kathodisch ist. Anode 22 und Elektrode 24 sind im allgemeinen miteinander verbunden. Jede geeignete Einrichtung ist möglich, um eine Gleichstromquelle an die bipolare Elektrode 24 zur Erhöhung von deren Potential anzuschließen. Gemaß F i g. 1 sind die Anode 22 und die Elektrode 24 durch eine Doppelweg-Gleichrichterbrücke 32 aus vier Gleichrichtern 34 miteinander verbunden, wobei dessen positive Klemme mit der Anode 22 über eine Leitung 36 und die negative Klemme über eine Leitung 38 mit der Elektrode 24 verbunden ist. Die negative Klemme der Brücke 32 ist außerdem über eine Leitung 40 über den Signalverstärker 10 mit dem Gegenstand 28 verbunden.

Die Spannungsquelle für den Bezugskreis 20 wird durch einen Regeltransformator in Sparschaltung gebildet. Dessen Primärwicklung 42 ist über Leitungen 46 und 48 an eine Wechselstromquelle 44 angeschlossen und weiter über eine Leitung 52 mit einem Trenntransformator 50 verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit einem Schleifer 54 verbunden ist, der über der gesamten Wicklung 42 verschiebbar ist.

Die Sekundärwicklung des Trenntransformators 50 ist über zwei Leitungen 56 und 58 an die Brücke 32 angeschlossen. Der Schleifer 54 wird so eingestellt, daß sich an der Brücke 32 eine Spannung ausbildet, mit der die Stromzufuhr zu dem Gegenstand 28 überwacht werden kann.

Der von der Brücke 32 der Anode 22 zugeführte Strom läuft über die Brücke 32 zu der bipolaren Elektrode 24 und durch den Elektrolyten 30 weiter zur Anode 22. Durch Einstellung des Schleifers 54 kann das Potential, auf dem die Anode 22 und die bipolare Elektrode 24 gehalten werden, auf einem bestimmten Wert gehalten werden.

Wenn angenommen wird, daß die bipolare Elektrode 24 und der Gegenstand 28 auf dem gleichen Potential liegen, ist der Stromfluß über die Leitung 40 zum Signalverstärker 10 und zurück über die Leitung 60 zum Gegenstand 28 vernachlässigbar gering. Es soll angenommen werden, daß unter diesen Voraussetzungen das Potential des Gegenstandes 28 gerade richtig ist, um den gewünschten Schutz zu erzielen. Fällt das Potential des Gegenstandes 28 unter die gewünschte Höhe, verändert sich gleichzeitig der Spannungsunterschied gegenüber der Elektrode 24 und als Folge hiervon fließt ein höherer Strom über die Leitung 40 zum Signalverstärker 10 und sodann über die Leitung 60 zum Gegenstand 28. Der Verstärker 10 spricht jedoch, da er als Verstärker mit Eisenkern ausgeführt ist, nur auf einen Strom in Vorwärtsrichtung an. Der Signalverstärker 10 hat die Eingangsklemmen 62, 64. Er wird aus einer 5-Volt-Wechselstromquelle 63 gespeist. Der aufgenommene Wechselstrom wird durch die Induktivität der Eisenkerne des Verstärkers 10 gesteuert. Der so gesteuerte Wechselstrom wird gleichgerichtet und speist den Gleichstromausgang. Der Gleichstrom in der zwischen

den Klemmen liegenden Wicklung 21 steuert die Sättigung der Kerne, was zu einer Steuerung des Ausgangsgleichstromes führt, der über Klemmen 66 und 68 und Leitungen 70 und 72 den Eingangsklemmen 74 und 76 des Leistungsverstärkers 12 zugeführt wird. Im dargestellten Beispiel bewirkt der Eingangsimpuls an der Wicklung 21 eine völlige Sättigung bei 20 Mikroampere, in welchem Fall der Verstärker 10 einen Ausgangsstrom von über 300 Mikroampere erzeugt. Bei dem Signalverstärker 10 ist eine Sättigung nur in Vorwärtsrichtung möglich, d. h. in Richtung von der Klemme 62 auf die Klemme 64. Dies ist deshalb wichtig, da, wenn das Potential des Gegenstandes 28 das der bipolaren Elektrode 24 übersteigen sollte und Stromrückfluß durch den Verstärker 10 dessen Sättigung zur Folge hätte, was — wie bereits beschrieben — nicht der Fall ist, die Fremdstromzufuhr betätigt und das Potential des Gegenstandes 28 anheben würde. Der Rückstrom würde dann größer und die Anordnung außer Kontrolle geraten.

Die erste Stufe 12 des Leistungsverstärkers, die aus einer 110-Volt-Wechselstromquelle 78 gespeist wird, verstärkt den Eingangsimpuls, der über zwei Klemmen 80 und 82 und über zwei Leitungen 84 und 86 den Eingangsklemmen 88 und 90 der zweiten Stufe 14 zugeleitet wird. Die Stufe 14, die an eine 110-Volt-Wechselstromquelle 92 angeschlossen ist, verstärkt den Impuls noch weiter und dieser verstärkte Impuls wird Eingangsklemmen 94 und 96 der Gleichstromquelle 16 zugeleitet, die ein Gleichrichter ist. Der Gleichrichter gibt den Gleichstrom über zwei Leitungen 98 und 100 an die Anode 26 und den Gegenstand 28 ab. Die Leitungen 98 und 100 sind an Ausgangsklemmen 102 und 104 der Gleichstromquelle 16 angeschlossen.

Die Beschreibung zeigt, daß der Verstärker 10, die Stufen 12 und 14 des Leistungsverstärkers und die Gleichstromquelle 16 in Wirklichkeit verschiedene Stufen eines Verstärkers zur Aufnahme eines schwachen Gleichstromimpulses zu dessen Verstärkung auf einen sehr kräftigen Gleichstrom sind. Mit diesem Gleichstrom wird das Potential des Gegenstandes angehoben, um dessen kathodischen Schutz zu gewährleisten.

Fließt der Steuerimpuls weiter durch den Bezugskreis 20, hält die Stromzufuhr über die Leitung 100 an, bis das Potential des Gegenstandes 28 das Potential der Elektrode 24 erreicht. In diesem Zeitpunkt wird der Stromfluß über die Leitung 40 verringert, bis zwischen Anode 26 und Bezugskreis 20 ein Gleichgewicht erreicht wird. Der Ausgleich der Potentiale der bipolaren Elektrode 24 und des Gegenstandes 28 bringt die Anordnung ins Gleichgewicht,

Es wurde angenommen, daß das Potential des Gegenstandes 28 merklich abgesunken war, um die vorstehend beschriebene Wirkung zu erzielen. Normalerweise tritt aber kein merklicher Abfall ein, weil die Anordnung bestrebt ist, zwischen der Fremdstromzufuhr und dem Bezugskreis 20 ein Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, daß bereits ein geringer Unterschied im Potential von Elektrode 24 und Gegenstand 28 unmittelbar berichtigt wird. In entsprechender Weise kommt, sobald das Potential des Gegenstandes 28 auf den richtigen Wert gebracht wurde, das Potential zwischen 24 und 28 ins Gleichgewicht und der Strom im Bezugskreis 20 wird praktisch Null. Ausgenommen den Fall, daß der Gegenstand 28 einer äußeren Stromquelle ausgesetzt wird, wird durch diesen Ausgleich der Potentiale von bipolarer Elektrode 24 und Gegenstand 28 eine konstante Bezugsspannung gebildet. Das bedeutet, daß, von der geschilderten Ausnahme abgesehen, das an Anode 22 und bipolarer Elektrode 24 eingestellte Potential praktisch immer konstant bleibt, wodurch eine dauernde, verläßliche und im wesentlichen unveränderliche Bezugsspannung geschaffen wird.

ίο Die Bezugsspannung im Bezugskreis 20 ist dasjenige Potential, bei dem an dem Gegenstand 28 der erforderliche Kathodenschutz gewährleistet ist, wenn sich auch dieses auf diesem Potential befindet. Das Potential des Bezugskreises 20 wird unabhängig davon eingestellt durch Verwendung einer nicht dargestellten Bezugselektrode. Die Bezugselektrode, beispielsweise eine Silber-Silberchlorid-Elektrode, hat in dem Elektrolyten 30 ein Potential, das von dem des Gegenstandes 28 abweicht.

Die Höhe des zum kathodischen Schutz des Gegenstandes 28 erforderlichen Stromflusses kann bestimmt werden, indem der Widerstand 29 (Fig. 2) so lange verstellt wird, bis die unabhängig angeschlossene Bezugselektrode anzeigt, daß das Potential des Gegen-Standes 28 für den gewünschten kathodischen Schutz ausreicht. Steht dieser Widerstand 29 einmal fest, könnten die Bezugselektrode und das Meßgerät abgeschaltet werden, bleiben aber aus praktischen Gründen eingeschaltet, um eine dauernde Ablesung und Aufzeichnung des Potentials des Gegenstandes 28 zu ermöglichen.

Der etwa 1500 Ohm betragende Widerstand der Spule 21 des Verstärkers 10 stabilisiert den Bezugskreis. Es hat sich gezeigt, daß die Empfindlichkeit be- trächtlich verbessert werden kann durch die zusätzliche Verwendung eines zweiten gegebenenfalls einstellbaren Widerstandes 105. Im vorliegenden Beispiel hat der Widerstand 105 einen Wert von etwa 500 Ohm. Der Widerstand 105 beeinflußt die Höhe des durch die Leitung 40 fließenden Stromes nur gering. Er bildet aber in Verbindung mit dem Eingangswiderstand des Verstärkers 10 einen verhältnismäßig hohen Widerstand, verglichen mit dem Bezugskreis 20 aus Anode 22 und bipolarer Elektrode 24.

Auf diese Weise werden alle übergroßen Stromschwankungen, die in dem Bezugskreis 20 auftreten könnten, durch den Widerstand 105 von dem Verstärkerkreis zurückgehalten. Das bedeutet, daß Veränderungen im Bezugskreis 20 auf diesen begrenzt

bleiben und nicht in den Verstärkerkreis weitergeleitet werden. Die Größe des Widerstandes 105 wird verändert, bis sich herausstellt, daß unerwünschte Schwankungen ausreichend gedämpft werden.

Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Ausführung, mit der die Auswirkungen einer fremden Spannungsquelle, z. B. eines anderen Schiffes, auf den Gegenstand 28 herabgesetzt werden. Bei dieser Ausführung ist der Überwachungs- oder Verstärkerkreis mit einem Steuerkreis ausgestattet. Ein derartiger Steuerkreis enthält eine bipolare Elektrode, die gegenüber dem zu schützenden Gegenstand als Anode wirkt. Fällt das Potential des Gegenstandes ab, hat dies einen erhöhten Stromfluß von der Elektrode zu dem zu schützenden Gegenstand zur Folge. Dies beeinflußt den Polarisierungskreis derart, daß der Stromfmß zu dem zu schützenden Gegenstand erhöht wird. Umgekehrt wird, wenn sich das Potential des zu

Verstellen der Widerstände 29 und 33 bestimmt werden, bis eine unabhängig angeschlossene Bezugselektrode anzeigt, daß das Potential am Gegenstand 28 für den gewünschten Schutz ausreicht.

Der etwa 1500 Ohm betragende Widerstand der Wicklung 21 des Signalverstärkers 10 stabilisiert den Bezugskreis. Jedoch überlagern sich Störwirkungen, wenn z. B. ein benachbarter Schiffsrumpf auf einem höheren Potential gehalten wird.

Es hat sich gezeigt, daß durch eine Spannung im Speisekreis 17, die höher ist als jede praktisch mögliche äußere Spannung, diese äußere Spannung nur einen sehr unwesentlichen Einfluß auf den mit der Anordnung gemäß der Erfindung versehenen Gegen

schützenden Gegenstandes dem der Elektrode nähert, die Stromstärke verringert. Die Anordnung weist noch eine zweite bipolare Elektrode auf, die mit der ersten über einen hohen Widerstand verbunden ist. Ferner weist sie noch eine Stromspeiseanode auf, die zwecks 5 Unterscheidung von der Anode im Kreis des zu schützenden Gegenstandes mit »Steueranode« bezeichnet wird. Eine äußere Gleichstromquelle prägt einen Strom auf die erste bipolare Elektrode auf.

Soweit die Ausführung nach F i g. 2 mit der nach io F i g. 1 gleich ist, wird sie im folgenden nicht im einzelnen beschrieben.

Vorgesehen ist ein Speisekreis 17 mit der Steueranode 22 und einer bipolaren Elektrode 25, die beide

in den Elektrolyten 30 eintauchen, ferner einer Lei- 15 stand ausüben kann. Beispielsweise wird dann, wenn tung27, einer Brücke 32, die als Doppelweggleich- ein Potential von 1000 Millivolt z. B. an einem richter mit vier Gleichrichtern 34 ausgebildet ist, Schiffsrumpf erwünscht ist, die Spannung an der Elekeiner Transformatorwicklung 52, einem Widerstand trode 24 auf etwa 1020 Millivolt gehalten. Die Span-29 und einer Leitung 31. Der Speisekreis 17 ist mit nung an der Elektrode 25 wird beispielsweise auf dem Bezugskreis 20 über einen Widerstand 33 ver- ao 1800 Millivolt gehalten und der Widerstand 33 ist bunden. Die Steueranode 22 und die bipolaren Elek- dann selbstverständlich derart eingestellt, daß er den troden 24 und 25 sind aus neutralem Material, vor- Spannungsabfall von 1800 Millivolt auf die gewünschzugsweise aus Platin. Steueranode 22 und bipolare ten 1020 Millivolt an der Elektrode 24 bewirkt. Auf Elektroden 24 und 25 liegen möglichst nahe anein- diese Weise wird an der Elektrode 24 eine praktisch ander, um die Auswirkungen von äußeren Span- 25 konstante Spannung aufrechterhalten, gleichzeitig nungsfeldern weitgehend auszuschalten. Die Elek- aber auch im Kreis 17 eine höhere Spannung. Diese trode 25 wird bipolar genannt, weil sie gegenüber der beherrscht das Spannungsfeld zwischen den Elek-Steueranode 22 kathodisch und gegenüber der bipo- troden dieser Anordnung und dem zu schützenden laren Elektrode 24 negativ anodisch ist. Gegenstand, so daß äußere Spannungsfelder prak-

Der Speisekreis 17 enthält einen Transformator 42, 30 tisch ohne Wirkung bleiben.

dessen Primärwicklung 43 durch Leitungen 46 und Es hat sich ferner herausgestellt, daß an den bipo-

48 an eine Wechselstromquelle 44 angeschlossen ist. laren Elektroden ohne Rücksicht auf Bedingungen, Die Sekundärwicklung 52 ist mit der Gleichrichter- denen die Anordnung von außen ausgesetzt wird, brücke 32 verbunden. konstante Spannungen aufrechterhalten werden

Durch Verstellen des Widerstandes 29 wird die der 35 können, wenn man die Anoden 26 und 22 über eine bipolaren Elektrode 25 zugeführte Spannung auf Leitung 59 verbindet.

einen bestimmten Wert eingestellt. Mit dem Regel- In der Leitung 59 liegen ein Regelwiderstand 61

widerstand 33 wird das im Bezugskreis 20 und an der und eine Diode 63. Die Diode 63 gestattet einen bipolaren Elektrode 24 gewünschte Potential ein- Elektronenfluß von der Anode 22 zur Anode 26. Die gestellt und durch das stärkere Potential der bipo- 40 Diode 63 hat vorzugsweise einen sehr geringen Vorlaren Elektrode 25 auf diesem Wert gehalten. wärtswiderstand.

Bei gleichem Potential an Elektrode 24 und Gegen- In F i g. 3 zeigen die voll ausgezogenen Pfeile den

stand 28 ist der Stromfluß über die Leitung 40 zum Elektronenfluß, wenn das Potential des Gegenstandes Signalverstärker 10 vemachlässigbar klein. Es soll an- aufrechterhalten oder vergrößert wird. Die gegenommen werden, daß das Potential am zu schützen- 45 strichelten Pfeile zeigen den Elektronenfluß, der einen den Gegenstand 28 dann genau richtig ist zum Er- weiteren Potentialanstieg sowohl an dem zu schützenzielen des gewünschten kathodischen Schutzes. Fällt den Gegenstand 28 als auch an den Elektroden 25-24 das Potential am Gegenstand 28 unter diesen Wert, verhindert. Weiter ist ersichtlich, daß der Stromfluß ergibt sich ein verstärkter Stromfluß durch die Lei- während dieser Periode in den bipolaren Elektroden tung 40 zum Signalverstärker 10. Dieser verstärkte 50 24-25 und 25-24 in der gleichen Richtung weiter-Stromfluß bildet den Impuls, der schließlich die läuft.

Fremdstromzufuhr zum Gegenstand 28 auslöst. Der Man erkennt, daß die Anoden 22 und 26 Elek-

Verstärker 10 spricht nur auf Strom in Vorwärts- tronen aus dem Elektrolyten 30 aufnehmen, während richtung an. Das Potential des Bezugspreises 20 wird die bipolaren Elektroden 24 und 25 Elektronen an daher so hoch eingestellt, daß es, wenn es auch an 55 den Elektrolyten 30 und gleichzeitig über den metaldem Gegenstand 28 wirksam ist, zu dessen katho- lischen Kreis an den weniger negativen Gegenstand dischem Schutz ausreicht und der Fremdstrom immer 28 abgeben. Es ist auch ersichtlich, daß der Gegendann erhöht wird, wenn das gewünschte Potential stand 28, wenn er das Soll-Potential aufweist, weiter unterschritten wird. Elektronen an den Elektrolyten 30 abgibt. Die An-

Besteht zwischen der bipolaren Elektrode 24 und 60 Ordnung ist derart abgestimmt, daß sie dem Gegendem Gegenstand 28 praktisch kein Potentialunter- stand 28 soviel Strom zuleitet, daß dessen Elektronenschied mehr, fließt ein wesentlich geringerer Strom abgabe genau ausgeglichen wird,
durch die Leitung 40 bis der Potentialausgleich Die Leitung 59 zwischen Anode 26 und Steuer-

zwischen der bipolaren Elektrode 24 und dem anode 22 verbindet die beiden an sich voneinander Gegenstand 28 die Anordnung ins Gleichgewicht 65 getrennten Kreise innerhalb des gemeinsamen Elekbringt. trolyten in Serie, jedoch einander entgegengesetzt.

Die Stärke des zum kathodischen Schutz des Das zwischen den Elektroden 22 und 25 vorein-Gegenstandes 28 erforderlichen Stromes kann durch gestellte Potential erhält das Soll-Potential aufrecht,

das einen Strom zur Sättigung der Spule 21 bewirkt, was dann die Stromzufuhr zum Gegenstand 28 bewirkt. Bei zu großem Strombedarf muß die Spannung erhöht werden. Bei Fehlen der Leitung 59 würde eine plötzlich umgekehrte Elektronenströmung vom Gegenstand 28 zur Elektrode 24 augenblicklich einen falschen Potentialanstieg an dieser Elektrode 24 bewirken, der eine weitere Steigerung des Potentials am Gegenstand 28 zur Folge hätte. Dies liegt daran, daß sich alle Elektroden nahe beieinander in dem gleichen Elektrolyten befinden. Ein solcher falscher Potentialanstieg wird jedoch durch die Leitung 59 verhindert. Der Spannungswechsel an der Elektrode 24 wird über die Elektroden 25 und 22 und die Leitung 59 weitergeleitet. Auf diese Weise können die Elektroden 22-25 und die Elektrode 24 den gewünschten Potentialüberschuß über dem des Gegenstandes 28 genau einhalten, um der Verstärkeranordnung 10, 12, 14 genau diejenige Strommenge abzuverlangen, damit dem zu schützenden Gegen- ao stand 28 genau die zur Aufrechterhaltung des vorgewählten Potentials erforderliche Energie zugeführt wird.

Durch die Verwendung der Leitung 59 zwischen den Anoden 22 und 26 wird ein bequemer Strömungsweg für die Elektronen von der Anode 22 zur Anode 26 geschaffen. Hierdurch wird die negative Auswirkung der Elektronenmission vom Gegenstand 28 auf die Anode 22 bei zu hoher Spannung vermieden, weil die Leitung 59 einen Abfluß für die Elektronen von der Anode 22 zu der auf einer höheren positiven Spannung stehenden Anode 26 bilden. Da die Elektroden 22, 24 und 25 verhältnismäßig klein und nur so weit voneinander entfernt sind, daß die erwünschten elektrolytischen und galvanischen Verhältnisse gewährleistet werden und einen gewissen Abstand vom Schiffsrumpf aufweisen, und infolge der Verwendung der Leitung 59, haben größere Änderungen der Spannung zwischen Anode 26 und Elektrolyt nur geringe oder gar keine Auswirkung auf die Elektrodenpaare 22-25 oder 25-24.

Vorzugsweise wird in die Leitung 59 ein Widerstand 61 eingeschaltet, weil es manchmal wünschenswert ist, die Polarisierung des zu schützenden Gegenstandes zu beschleunigen. In diesem Falle begrenzt der Widerstand 61 den Elektronenfluß von der Anode 22 zur Anode 26, wodurch eine hohe Spannung auf die Elektrodenpaare 22-25 und 25-24 aufgedrückt wird. Dies erhöht den Potentialunterschied zwischen der Elektrode 24 und dem Gegenstand 28 und bewirkt einen entsprechenden Spannungsanstieg zwischen dem Gegenstand 28 und der Anode 26, was zur Erhöhung des dem Gegenstand 28 aufgeprägten Stromes führt. Der Widerstand 61 ist vorzugsweise einstellbar.

Damit die Anordnung bei Auftreten von Fehlern auf der sicheren Seite liegt, d.h. dem Gegenstand 28 kein Strom zugeführt wird, wird die Diode 63 verwendet. Da die Diode 63 einen Stromfmß von der Anode 26 zur Anode 22 verhindert, werden die Stromkreise ausschließlich über den Elektrolyten 30 geschlossen. Falls die Elektroden aus dem Elektrolyten 30 herausgenommen und versehentlich nicht wieder hineingebracht werden, ist der Bezugskreis 20 aus Spule 21, Leitung 60 und Gegenstand 28 offen, da dieser Kreis nur über den Elektrolyten 30 geschlossen ist. Das heißt, es kann kein Strom über den Kreis fließen, der aus der Brücke 34, dem Widerstand 29, der Leitung 31, dem Widerstand 33, der Leitung 40, der Spule 21, den Leitungen 60 und 100, dem Leistungsverstärker 16 und den Leitungen 98, 59 und 27 besteht, weil die Diode 63 einen Elektronenfluß in dieser Richtung verhindert. Dementsprechend wird bei Herausnahme der Elektroden aus dem Elektrolyten 30 die Spule 21 ausgeschaltet, wodurch die Verstärkerreihe 10, 12, 14 und 16 wirkungslos wird.

Bei Herausnahme der Elektroden aus dem Elektrolyten 30 liegt daher die erfindungsgemäße Anordnung auf der sicheren Seite.

Ein weiterer Vorteil dieses über die Leitung 59 geschlossenen Kreises ist in der Erhaltung elektrischer Energie während der Zeitspanne der Anhebung des Potentials des Gegenstandes 28, beispielsweise von seinem normalen statischen Potential auf das zur Vermeidung einer Auflösung im Elektrolyten erforderliche Potential, zu sehen. Es ist klar, daß die Zeit bei der Erhöhung des Potentials von beispielsweise Stahl einen wesentlichen Faktor darstellt. Auch muß am Leistungsverstärker 16 jederzeit die erforderliche Leistung zur Verfügung stehen, um das Potential des zu schützenden Gegenstandes 28 von seiner normalen statischen Ebene auf die erwünschte Höhe zu vergrößern. Wenn z. B. ein Schiffsrumpf auf seinem normalen, d. h. niedrigen Potential steht, muß die ihm aufgeprägte Spannung verhältnismäßig hoch sein, und zwar unter Umständen so hoch, daß ein unerwünschter Abfluß vom Schiffsrumpf 28 zur Anode 22 auftritt, was eine falsche Polarisieruog der Elektrode 24 und eine entsprechend unerwünschte und mit Verlusten verbundene Steigerung der Stromabgabe am Verstärker 16 zur Folge hat. Dies wird jedoch durch die Leitung 59 verhindert, weil der Elektronenfluß von der Anode 22 zu der auf einem höheren positiven Potential stehenden Anode 26 den Kreis in das ursprüngliche Potentialgleichgewicht zurückführt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur automatischen Regelung des Fremdstromes in Anlagen zum kathodischen Korrosionsschutz von Gegenständen mit einer Fremdstromquelle, einer in den Elektrolyten eintauchenden Anode und weiter mit einem Bezugskreis, der galvanisch und über den Elektrolyten an den zu schützenden Gegenstand angeschlossen ist, der in den Elektrolyten eintaucht, gekennzeichnet durch einen zwischen dem zu schützenden Gegenstand (28) und dem Bezugskreis (20) liegenden, nur in einer Richtung wirksamen Signalverstärker (10), einen an den Signalverstärker (10) angeschlossenen Leistungsverstärker (12, 14) und eine von dem Leistungsverstärker (12, 14) gesteuerte und als Fremdstromquelle wirkende Gleichstromquelle (16), die einerseits an den zu schützenden Gegenstand (28) und andererseits an die in den Elektrolyten eintauchende Anode (26) angeschlossen ist, und zwei an eine Gleichstromquelle (32) angeschlossene und in den Elektrolyten eintauchende, den Bezugskreis (20) bildende Elektroden (22, 24), von denen die eine Elektrode als Anode (22) und die andere mit dem Signalverstärker (10) verbundene Elektrode (24) als dipolare Anode wirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in der Verbindung (40) zwischen

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dem Bezugskreis (20) und dem Signalverstärker (10) liegenden Widerstand (105).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskreis (20) eine dritte Elektrode (25) enthält, die in den Elektrolyten eingetaucht und einerseits mit dem Signalverstärker (10) und andererseits über einen Widerstand (33) mit der bipolaren Elektrode (24) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zwischen der Anode (22) des Bezugskreises (20) und der mit der Gleichstromquelle (16) verbundenen Anode (26) liegende Ausgleichsschleife (59).

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in Reihe mit der Ausgleichsschleife (59) liegenden Widerstand (61) und eine Diode (63).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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