DE1182929B - Ummantelung zur Begrenzung des Ionenstromes fuer eine Anode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C23f

Deutsche Kl.: 48 dl -13/00

Nummer: 1182 929

Aktenzeichen: D 22241VI b/48 dl

Anmeldetag: 1. Februar 1956

Auslegetag: 3. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft eine Ummantelung zur Begrenzung des Ionenstromes für eine Anode, die elektrisch positiv gegen eine Metalloberfläche ist, die gegen Korrosion geschützt werden soll.

Kathodische Schutzsysteme sind bekannt, bei denen ein in einen Elektrolyten eingetauchtes Metall dadurch gegen Korrosion geschützt wird, daß es zur Kathode eines Stromkreises gemacht wird. Der Strom wird zweckmäßig dadurch entwickelt, daß eine Anode aus einem sich selbst verzehrenden oder galvanisch aktiven Metall in den Elektrolyten eingetaucht wird und mit dem zu schützenden Metall elektrisch verbunden wird.

Sich verzehrende oder aufbrauchbare Anoden bestehen gewöhnlich aus einem Metall, das gegenüber der zu schützenden Oberfläche sich anodisch verhält, und aus einem Mittel, wie beispielsweise ein Metallselenband oder Kabel, mit dem elektrischer Kontakt zu dem zu schützenden Metall hergestellt wird. Wenn die Anode mit der zu schützenden Metallfläche elektrisch verbunden ist, hält der entstehende Stromfluß das zu schützende Metall kathodisch mit Bezug auf den Elektrolyten (z. B. Erdboden oder Seewasser), in den die Anode und Metallfläche eingebettet oder eingetaucht sind, und unterbricht weitgehend die Korrosion des kathodischen Materials.

Aufbrauchbare Anoden aus Zink und Magnesium sind in großem Maße in kathodischen Schutzsystemen verwendet worden. Um kathodischen Schutz über eine längere Zeitdauer zu erreichen, hat man große aufbrauchbare Anoden benutzt. Jedoch ist die Anwendung großer Anoden zur Erzielung eines lange dauernden kathodischen Schutzes unwirtschaftlich, da der Ausgangsstrom einer großen Elektrode häufig beträchtlich höher ist, als zu angemessenem Schutz der kathodischen Oberfläche gegen Korrosion erforderlich ist.

Die Verwendung von Widerstandselementen, die zwischen die aufbrauchbare Anode und das zu schützende Metall geschaltet werden, ergibt einen kleineren Stromfluß und läßt eine Verlängerung der Lebensdauer der Anode erwarten. Jedoch ist der Verbrauch der Anode nicht nur durch den abfließenden Strom, sondern auch durch chemische Angriffe bedingt. Die Geschwindigkeit des chemischen Angriffs auf die Anode ist von dem abfließenden Strom in dem Anodenkreis im wesentlichen unabhängig. Somit sinkt bei Verwendung eines Widerstandes im Anodenkreis zur Strombegrenzung die Anodenleistung, die in Amperestunden des pro Kilogramm der Anode gelieferten Stromes gemessen wird. Auf Ummantelung zur Begrenzung des Ionenstromes für eine Anode

Anmelder:

The Dow Chemical Company, Midland, Mich.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:
Burke Douglas, Freeland, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. Februar 1955
(485 438)

diese Weise bietet die Verwendung von Widerstandselementen in dem Anodenkreis eines kathodischen Schutzsystems gewöhnlich den Vorteil erhöhter Lebensdauer der Anode, zeigt jedoch fast immer einen Nachteil hinsichtlich des Anodenwirkungsgrades.

Die »Streufähigkeit« einer Anode ist ein Maß des Abstandes von der Anode, bei dem ausreichender Strom zu der kathodischen Oberfläche fließt, um die kathodische Oberfläche gegen Korrosion in angemessener Weise zu schützen. In Seewasser und ähnlichen Substanzen sind Anoden mit und ohne Widerstandselemente in ihren Stromkreisen durch einen übermäßigen Stromfluß zu dem Teil der kathodischen Oberfläche charakterisiert, welcher der Anode am nächsten liegt.

Anoden für aufgedrückten Strom arbeiten in ähnlicher Weise wie aufbrauchbare Anoden in einem kathodischen Schutzsystem. Konstruktiv umfaßt jedoch die Anode für aufgedrückten Strom eine Elektrode, die gewöhnlich gegen chemischen Angriff durch den Elektrolyten, in den sie eingetaucht ist, angenähert oder völlig unempfindlich ist. Die beispielsweise aus Kohle hergestellte Elektrode ist in dem Elektrolyten angeordnet und von der zu schützenden Oberfläche mit Ausnahme des elektrischen Zuführungsdrahtes, durch den die Leitung gespeist wird, isoliert. (Eine Gleichstromquelle ist zwischen die Anode und die gegen Korrosion seitens des Elek-

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trolyten zu schützende Oberfläche [Kathode] geschaltet.)

Solche blanken Anoden für aufgedrückten Strom sind den gleichen Nachteilen wie aufbrauchbare Anoden insofern unterworfen, als Strom zu dichtbenachbarten Kathodenflächenbereichen verläuft, so daß die wirksam geschützte Fläche begrenzt wird. Bei Erhöhung der Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode vergrößert sich zwar die wirksam geschützte Fläche, was aber unter Berücksichtigung der geringen Vergrößerung der geschützten Fläche sehr kostspielig ist.

Diese Faktoren und Probleme des kathodischen Schutzes hatte man bisher als gegeben hingenommen und keine Lösung vorgeschlagen.

Es ist bekannt, Eisenteile, die mit Seewasser in Berührung stehen, gegen Korrosion durch galvanische Berührung mit Zink zu schützen.

Bei einer bekannten Anodenanordnung kann das verwendete Glasgewebe nicht als Stromregler benutzt werden, da auch bei geeigneter Maschengröße das Magnesiumhydroxyd den Glasfaserbehälter nicht verlassen könnte. Das während des Anodenbetriebes entstehende Magnesiumhydroxyd würde den Behälter zerstören, wenn dieser so fest herumgelegt wäre, wie für die Verwendung bei beträchtlicher Bewegung zwischen der Anode und dem Elektrolyten (z. B. bei einem Schiffsrumpf) erforderlich sein würde.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Ummantelung der obigen Art, welche außer physikalischem Schutz der Anode gegen Beschädigung die elektrische Stromverteilung zwischen der Anode und der zu schützenden Oberfläche günstig beeinflußt und die Lebensdauer der Anode wesentlich verlängert.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Mantel aus elektrisch isolierendem, flüssigkeitsundurchlässigem Material erreicht, das sich in Abstand zu der Anode befindet, wobei der Mantel ein größeres Volumen als die Anode hat und sich in dem Mantel eine Vielzahl Öffnungen befinden, deren Fläche jeweils klein im Vergleich zu dem Gesamtflächenbereich des Mantels ist.

Die Öffnungen haben vorzugsweise eine kleine Fläche verglichen mit der Oberflächengröße der Elektrode. Der Mantel kann ein schalenförmiges Gehäuse sein, das über der Elektrode angeordnet und gegen eine elektrisch isolierende Platte befestigt ist, die zwischen der kathodisch zu schützenden Oberfläche und der Elektrode angeordnet ist, sodaß die Elektrode vollständig umschlossen wird.

Die Ummantelung kann ein röhrenförmiges Gehäuse mit Verschlüssen an jedem Ende sein, wobei sich in einem dieser Verschlüsse eine öffnung befindet, durch die ein biegsames Glied hindurch verläuft, das in einer zylindrischen Anode eingebettet und an diese gebunden ist, und wobei der andere Verschluß eine abnehmbare Endkappe ist. Die öffnungen können sich in einem Teil des Gehäuses befinden, der von der zu schützenden Oberfläche abgewandt oder entfernt ist.

Eine völlig bedeckte Anode ohne durchlöcherten Mantel ist auch insofern sehr vorteilhaft, als der Überzug die Lagerung der Anode ohne Korrosion erlaubt, jede Art Durchlöcherung für jeden speziellen Zweck angebracht werden kann und bei Schiffsrümpfen die Anbringung von z. B. »Reserve«- Anoden möglich ist, deren Ummantelung je nach Bedarf (z. B. von einem Taucher) durchlöchert werden kann. Es ist auch nicht notwendig, übermäßig große Anoden zu benutzen, die sehr viel Strom nutzlos verbrauchen, wenn sie mit Sicherheit über längere Zeiträume Schutz gewähren sollen. Es kann eine kleine »Reserve«-Anode angebracht werden, deren Mantel dann in der gewünschten Weise durchlöchert werden kann.

Die Erfindung sowie zusätzliche Aufgaben und ίο Vorteile werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung an Hand der Zeichnung erkennbar. Es zeigt

F i g. 1 einen Grundriß einer Anodenanordnung oder -einheit nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, der die Anodeneinheit im Zusammenbau mit einer kathodischen Oberfläche zeigt,

F i g. 3 eine vergrößerte, abgebrochen dargestellte

Schnittansicht der Anordnung nach F i g. 1 und 2, die darstellt, in welcher Weise Anodenmantel oder -gehäuse an einer kathodischen Oberfläche isoliert von dieser angebracht ist,

F i g. 4 eine Seitenansicht als Schnitt eines bündig angeordneten Anodenaufbaues nach der Erfindung, F i g. 5 einen Vertikalschnitt einer »tragbaren« gekapselten galvanischen Anode,

F i g. 6 einen teilweise abgebrochen dargestellten und teilweise als Schnitt gezeichneten Grundriß einer Anodenanordnung für aufgedrückten Strom nach der Erfindung,

F i g. 7 einen Schnitt dieser Anordnung nach der Linie 7-7 der F i g. 6,

F i g. 8 ein Diagramm, das den Ausgangsstrom als Funktion der exponierten Anodenfläche für drei Arten Anoden gleicher Größe und Form zeigt,

F i g. 9 ein Diagramm der Stromverteilung auf Segmenten der kathodischen Oberfläche in verschiedenen Abständen von der Anode für eine durch Widerstand beschränkte blanke Anode und für eine überzogene und perforierte Anode, die jeweils den gleichen Ausgangsstrom unter depolarisierten Betriebsbedingungen haben, und

Fig. 10 einen Aufriß einer mit einem perforierten Mantel umgebenen Anode des Wassererhitzertyps. In Fig. 1, 2 und 3 ist eine Anodenanordnung 10 dargestellt, die eine galvanische Anode 12 umfaßt, die von einem perforierten Mantel 14 umgeben ist. Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt die Anode einen im allgemeinen rechteckigen Block aus galvanischem Metall, z. B. aus Magnesium, der eine Vielzahl durch die Anode 12 verlaufender Bohrungen 16, 16' hat. Jede Bohrung 16 ist an der Oberseite der Anode 12 versenkt. Die Anode 12 ist angrenzend an eine kathodische Oberfläche 18 mittels Schrauben 20 angeordnet, die sich von der kathodischen Oberfläche 18 durch die Bohrungen 16 erstrecken. Die Vertiefungen ermöglichen, daß gegen die Anode 12 ein Kopf 22 und eine Unterlagescheibe 24 festgezogen werden können, die sich nach dem Festziehen unterhalb der oberen Fläche 26 der Anode befinden.

Der Mantel 14 hat umgekehrte rechteckige, schalenförmige Konstruktion mit dem Freitragen ausreichender Stabilität. Der Mantel 14 kann entweder aus elektrisch isolierendem oder nicht isolierendem Material hergestellt sein und ist hier metallisch ausgebildet dargestellt. Der Oberteil 28 des umgekehrten schalenförmigen Mantels 14 enthält eine Vielzahl öffnungen 30, die über der Oberfläche

28 in beliebigem gewünschten Muster angeordnet Anodenkörpers 12 muß gleich oder größer als sein können. Praktisch befinden sich jedoch diese die Dicke der Anode sein, um zu gewährleisten, daß Öffnungen gewöhnlich nicht in der Fläche unmittel- die Anode 12 nicht vorzeitig von ihren Montagebar oberhalb der Anodenhalterung, d. h. oberhalb teilen infolge der Abfressung der Kantenflächen der der Einsenkungen in Fig. 1 und 2 (vgl. Fig. 4). 5 Anode gelöst wird.

Wenn der Anodenmantel 14 aus Metall, beispiels- F i g. 8 ist ein Diagramm, das die Wirkung der weise aus Stahl, besteht, wird er gewöhnlich von der Änderung des durch die Öffnungen 30 dargestellten Anode 12 und der kathodischen Oberfläche 18 iso- Flächenbereiches auf dem Mantel veranschaulicht, liert, um einen übermäßigen Stromdurchgang zwi- Die Anode 12 aus Magnesium hat in blankem Zusehen der Anode und dem Mantel zu verhindern. io stand eine exponierte Oberfläche von 0,2585 m² Eine bequeme Möglichkeit zur Anbringung der (Oberseite und Seiten). Eine solche blanke Anode Anodeneinheit nach Fig. 1 ist in Fig. 2 und 3 dar- (der untersuchten Bauart und Größe) hat einen Ausgestellt. Zuerst wird eine Schicht oder Folie Isolier- gangsstrom von angenähert 6000 mA, wenn sie in material 32, ζ. B. Gummi, auf der kathodischen Seewasser eingetaucht und mit einer großen Stahl-Oberfläche (rings um die Montageschrauben) ange- 15 kathode verbunden ist. Wenn nur die obere Fläche ordnet. Die Isolierplatte 32 ist größer als die Anode der Anode exponiert ist, ist der Ausgangsstrom der 12 und wird so angebracht, daß ein wesentlicher Anode auf 400OmA vermindert. Wenn die expo-Rand rings um den Umfang der Anode 12 bestehen- nierte Anodenfläche weiter dadurch verkleinert wird, bleibt, wenn die Anode 12 montiert ist. Der Anoden- daß die Anode in einem mit Öffnungen versehenen mantel 14 wird dann über die Anode 12 aufgepaßt 20 Mantel 14 untergebracht ist, wird der Ausgangsstrom und an der kathodischen Oberfläche 18 befestigt. weiter vermindert. Der Begriff »exponierte Fläche« Wie in F i g. 3 deutlicher gezeigt ist, ist der zur An- betrifft anfänglich die Anodenfläche unter den öffbringung des Mantels dienende Flansch 34 von der nungen in einem stramm passenden Überzug. Da die kathodischen Oberfläche (und den Montageschrau- Anode verbraucht wird, wird der gesamte Oberteil ben 35) durch die Isolierhülsen 36 isoliert, die durch 25 der Anode dem Elektrolyten »ausgesetzt«. Der die Bohrungen 38 in den zur Anbringung des Man- Ionenweg durch den Elektrolyten ist jedoch noch tels dienenden Flansch 34 eingefügt sind. eine Funktion der Öffnungsflächengröße. Der Begriff Die Anodenanordnung arbeitet in folgender Weise: »exponierte Fläche« wird verwendet, um auch die Die Anode 12 ist in üblicherweise mittels Schrauben teilweise verbrauchte Anode einzuschließen, wobei 20 angeordnet, die sich von der kathodischen Ober- 30 berücksichtigt wird, daß die Öffnungen noch den fläche aus erstrecken. Die Schrauben schließen den Ionenweg zu der kathodischen Oberfläche beeinelektrischen Stromkreis zwischen der Anode 12 und flüssen und somit weiterhin die »exponierte Oberder kathodischen Oberfläche 18. fläche« der Anode beschränken.

Der Mantel 14, der rings um die Anode 12 über Wie beispielsweise in dem Diagramm gezeigt ist, dieser angeordnet ist, verhindert einen übermäßigen 35 betrug der Strom etwa 2250 mA, wenn die Oberseite

(unwirtschaftlichen) Stromfluß zwischen der Anode des Mantels möglichst viele Öffnungen von 15,88 mm

12 und der dichtbenachbarten kathodischen Ober- Durchmesser enthielt, während zwischen den öff-

flächel8. Der Stromfiuß von der Anode 12 zu der nungen Abstände von 4,76 mm vorhanden waren

kathodischen Oberfläche 18 kann durch Änderung und noch der Halterungsteil der Anode geschützt der Größe und Anzahl der Öffnungen 30 in der 40 wurde. Dieser Strom entsteht, wenn etwa 50°/» der

Manteloberfläche (im besonderen oberhalb des Ober- Manteloberfläche (wenn man die Oberseite und die

teiles der Anode 12) gesteuert werden. Seiten mit 100% ansetzt) dem Elektrolyten ausge-

Weiterhin wurde entdeckt, daß die Öffnungen 30 setzt werden, im Vergleich mit 6000 mA, wenn die

in dem Mantel 14 das Stromverteilungsmuster zwi- gesamte Oberfläche und die Seiten dem Elektrolyten sehen der Anode 12 und der umgebenden katho- 45 ausgesetzt wurden.

dischen Oberfläche 18 ändern. Wenn eine Anoden- Es wurden Betriebsvorgänge von Anoden nach der anordnung 10 mit Öffnungen 30 in dem Mantel 14 Erfindung unter depolarisierten und polarisierten Beverwendet wird, wird der zwischen Anode und dem dingungen erwähnt. In hier verwendeten Sinne sind näher gelegenen Teil der kathodischen Oberfläche depolarisierte Bedingungen vorhanden, wenn die fließende Strom im Vergleich mit dem Stromfluß bei 50 Anode und die Kathode jeweils auf ihrem Eigenvergleichbaren kathodischen Oberflächenbereichen potential liegen, während sie sich ungekoppelt im von einer »blanken« Anode vermindert. Diese Ver- Seewasser befinden. Unter polarisierten Bedingungen minderung des »Nahstromes« ergibt eine Ersparnis im hier gebrauchten Sinne dieses Begriffes befindet an Anodenstrom, was sich entweder in der Lebens- sich die Anode auf ihrem Eigenpotential, während dauer der Anode und/oder in dem von der Anode 55 die Kathode ein Potential hat, das seine Funktion der geschützten Flächenbereich auswirkt. Stromdichte und der Zeitdauer ist, in welcher der Das Fehlen von Öffnungen 30 in diesem Teil des Strom von der Anode zu der Kathode geflossen ist. Mantels 14, der oberhalb der Montagemittel (bei- F i g. 9 zeigt die Stromverteilung einer blanken spielsweise Schrauben 20) liegt, ergibt einen selek- Anode und einer in einem perforierten Mantel angetiven Verbrauch der Anode 12. Der Teil der Anode 60 brachten Anode, wenn jede Anode den gleichen Ge-12, der unterhalb der Öffnung 30 liegt, wird schneller samtausgangsstrom hat. Man erkennt, daß die umverbraucht als der Rest der Anode 12. Infolge der mantelte Anode eine viel bessere Stromverteilung zu ungleichmäßigen Geschwindigkeit des Anodenver- den Kathodenflächenbereichen dicht an der Anode brauchs bleibt der Teil der Anode, der die Boh- als die blanke Anode hat (etwa 3:1). Praktisch rungen 16 enthält, fest mit der kathodischen Ober- 65 wurde der Ausgangsstrom der blanken Anode mittels fläche 18 auch dann verbunden, wenn der Rest der eines Reihenwiderstandes in der elektrischen Zufüh-Anode 12 im wesentlichen abgenutzt ist. Der Abstand rung zu der kathodischen Oberfläche beschränkt, von den Schrauben 20 an irgendeiner Ecke des damit der Ausgangsstrom der blanken Anode der-

selbe ist wie der Ausgang der überzogenen und perforierten Anode, aber das Vorhandensein des Widerstandes hatte wenig oder gar keine Wirkung auf das Stromverteilungsmuster.

Der Versuchsaufbau, der bei der Gewinnung der Daten für das Diagramm der F i g. 9 verwendet wurde, wurde dadurch erhalten, daß eine runde galvanische Anode mit einer Reihe ebener konzentrischer Kathodenringe aus Stahl umgeben wurde,

Breite, vorhanden). Deshalb sind die Kurven, genauer gesagt, eher als »Flächenbereichwerte« als nur als Werte des »Abstandes von der Anode« zu betrachten.

Das Diagramm der F i g. 9 zeigt weiterhin, daß ein größerer Prozentsatz der abgegebenen Leistung einer ummantelten Anode zu entfernten Teilen der kathodischen Oberfläche verläuft. Somit hat eine um-

flusses an der Einheit vorbei erwünscht ist. Diese Anordnungsform hat den Vorteil, daß Deckel mit verschiedenen Öffnungsmustern bequem ersetzt werden können, falls sich die Kennwerte des Elektrolyten von Zeit zu Zeit ändern und eine Änderung der Anodenbetriebskennwerte erforderlich machen (beispielsweise des maximal zulässigen Anodenstromes). Derselbe Vorteil erwächst einer Anodenanordnung der Bauart nach F i g. 1 bis 3, mit der Ausnahme,

die voneinander getrennt waren. Jeder kathodische io daß ein neuer Mantel 14 vorgesehen werden muß. Ring wurde jedoch elektrisch mit der Anode verbun- Die Größe der öffnungen 30 hängt von mehreren

den, und der Stromfluß zu jedem Kathodenring Faktoren ab. Erstens beeinflussen die Größe und wurde aufgezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, Anzahl der öffnungen sowie die Größe der Anode daß die »Prozentwerte der Gesamtstromablesungen« den Ausgangsstrom der Anordnung. Zweitens müssen in getrennten Stufen vorgenommen wurden (es waren 15 bei galvanischen Anoden die öffnungen groß genug acht Kathodenringe, jeweils von etwa 76,4 mm sein, damit das Korrosionsprodukt durch diese entfernt werden kann. Eine Öffnung von 15,88 mm Durchmesser mit 4,76 mm Abstand der öffnung hat sich als zufriedenstellend erwiesen, soweit es die Ent-20 fernung des Korrosionsproduktes und die Strombeeinflussung betrifft, obgleich in manchen Fällen öffnungen mit einem kleinen Durchmesser von 3,18 mm in zweckmäßiger Weise verwendet werden können. Die öffnungen sollen nicht so groß sein und mantelte Anode (mit öffnungen in dem Mantel) die 25 so dicht beieinander liegen, daß die Mantelkonstruk-Tendenz, kathodischen Schutz an einer größeren tion, in der sie sich befinden, übermäßig geschwächt Fläche zu schaffen, als es eine blanke Anode bei glei- wird oder der Mantel während des Gebrauches abchem Ausgangsstrom tut. gerissen werden kann. Im Gegensatz dazu sollen die

F i g. 4 veranschaulicht eine bündig angeordnete öffnungen der Anodeneinheiten, die zur Verwendung Anodeneinheit gemäß der Erfindung. In der Anord- 30 in Seewasser bestimmt sind, nicht übermäßig klein nung nach F i g. 4 ist die Anode 12 in einem recht- sein, da sie durch Muscheln oder andere Seetiere eckigen kastenartigen Gehäuse 40 angebracht, das in oder -pflanzen verstopft werden, bevor die Anode eine Öffnung in einer kathodischen Oberfläche 18 verbraucht ist. Die Größe und Anzahl der öffnungen paßt. Wenn das Gehäuse 40 aus Metall besteht, wird wird somit am besten unter Berücksichtigung der die Anode 12 von dem Boden des Gehäuses 40 35 individuellen Anodenanlagebedingungen hinsichtlich durch eine dazwischen befindliche Isolierplatte oder des Ausgangsstromes und der Verwendungsbedin- -folie isoliert. Die Seiten der Anode 12 sind in Abstand von dem Gehäuse 40 angeordnet. Der Raum
zwischen den Seiten der Anode 12 und dem Gehäuse
40 kann zweckmäßig mit einem plastischen oder 40
teerartigen Isolierstoff 46 gefüllt sein, der Orts- oder
Wirbelströme zwischen der Anode und den Seiten
des Gehäuses 40 verhindert.

Der Deckel 50 des Gehäuses 40 sowie das Gehäuse
selbst können aus Metall oder Isolierstoff bestehen. 45 wendung als eine »galvanische Bordwandanode« für Darstellungsgemäß ist der Deckel 50 aus Metall her- kleine Wasserfahrzeuge mit Metallkörper geeignet gestellt, das an dem Gehäuse 40 mit Schrauben 35 ist. Die Anordnung umfaßt eine Anode 12, die an befestigt ist, die sich von der kathodischen Ober- eine Metallseele 58 gebunden ist, die zweckmäßigerfläche 18 aus erstrecken. Die Schrauben 35 sind von weise als biegsames Kabel ausgebildet ist, das von dem Deckel 50 und dem Gehäuse 40 durch Isolier- 50 der Anode 12 ausgeht. Die Anode 12 ist in einen hülsen 36 und den Dichtungsring 48 isoliert, der auch zylindrischen Behälter 60 eingeschlossen, in dessen

Seiten oder/uod Enden sich öffnungen 30 befinden. Das eine Ende des Behälters ist durch eine abnehmbare Endkappe 64 geschlossen, die darstellungs-

Teil des Deckels 50 keine öffnungen 30, um die 55 gemäß mit Gewinde versehen ist, so daß sie in Ge-Anodenverbrauchsgeschwindigkeit rings um die An- winde 66 nahe am Ende des Behälters 60 eingreift.

Das andere Ende 68 des Behälters 60 enthält eine öffnung, durch die die Kabelseele 58 verläuft. Der Behälter besteht aus einem stoßfesten, zähen Mate-Hauptteil 44 des Gehäuses 40, der plastische Füll- 60 rial, das gegen Angriff durch Seewasser verhältnisstoff 46, der Isolierring 48 und die Hülsen 36 weg- mäßig unempfindlich ist. Ein geeignetes Material ist fallen können. Im Falle eines isolierenden Gehäuses ein Kunststoff, der hauptsächlich »hartes« Polyvinylwürde jedoch eine elektrische Leitung (nicht darge- chloridharz enthält. Vinylidenchlorid-Polymerisate stellt) zwischen die Anodenhalterungsschrauben 20 und -Mischpolymerisate können auch als Behälterund die kathodische Oberfläche 42 zu schalten sein. 65 material verwendet werden.

gungen bestimmt. Jedoch sind öffnungen von 25,4 mm Durchmesser an Anoden mittlerer Größe mit Erfolg benutzt worden.

Somit wurde die Erfindung im Zusammenhang mit galvanischen Anoden beschrieben, die in fester Weise angrenzend an eine kathodische Oberfläche angebracht werden können. Fig. 5 zeigt eine gekapselte Anodenanordnung nach der Erfindung, die zur Ver-

den Deckel 50 gegen das Gehäuse 40 isoliert. Der Deckel 50 enthält eine Mehrzahl Öffnungen 30. Jedoch enthält der über den Schrauben 20 liegende

odenhalterungsschrauben 20 wahlweise zu beeinflussen.

Das Gehäuse 40 und der Deckel 50 können aber

auch aus Isolierstoff hergestellt werden, wodurch der

Die Anodenanordnung der F i g. 4 ist gut zur Anbringung auf einer kathodischen Oberfläche geeignet, wo eine minimale Beeinträchtigung des Elektrolyt-

Im Betrieb wird eine Anodenanordnung, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist, über die Bordwand eines kleinen Vergnügungs- oder Fahrgastschiffes mit Metall-

körper gesenkt. Die Kabelseele 58 wird dann beispielsweise an einer Metalldeckleiste (nicht dargestellt) befestigt, die mit dem Metallkörper (nicht gezeigt) des Fahrzeuges leitend verbunden ist. Während sich das Fahrzeug bewegt, kann die Anodenanordnung aus dem Wasser entfernt werden, wodurch ein durch die Anode bedingter Strömungswiderstand verhindert wird. Die kathodische Oberfläche (Schiffskörper) wird gewöhnlich infolge des galvanischen Stromflusses zu dieser polarisiert, während sich die Anoden im Wasser befinden (Elektrolyt). Da die Oberfläche polarisiert ist, wird der Körper für kurze Zeit verhältnismäßig unempfindlich gegen Korrosion, bis der Schiffskörper depolarisiert ist. Somit wird, wenn sich die Anoden im Wasser befinden, während das Fahrzeug nicht in Bewegung ist, ein hochgradiger Schutz gegen Korrosion des Schiffskörpers erreicht. Der Behälter 60 dient auch als Landepuffer für das Fahrzeug, bei dem die Anordnung verwendet wird.

F i g. 6 und 7 zeigen eine Anodenanordnung für auf gedrückten Strom nach der Erfindung. Der Mantel 14 und die öffnung 30 in der Anordnung sind gleichartig mit den entsprechenden Teilen der galvanischen Anodenanordnung der Fig. 1, 2 und 3. Die Anode 12 ist jedoch ein elektrischer Leiter, z. B. ein Graphitblock, und ist gegen den Mantel 14 und gegen die kathodische Oberfläche 18 durch die Montageisolatoren 74 isoliert. Der Mantel 14 ist gegen die kathodische Oberfläche durch eine Isolierplatte oder -folie 32 und durch die Hülsen 36 isoliert, welche die Deckelmontageschrauben 35 gegen den Mantel 14 elektrisch isolieren. Die Anode 12 wird über eine isolierte elektrische Leitung 76 gespeist, die sich durch eine Isolierhülse 78 in den Mantel 14 erstreckt.

Bei Verwendung in Anoden mit aufgedrücktem Strom ändert die mit öffnungen versehene Oberseite des Mantels 14 der Anode das Stromverteilungsmuster zu der kathodischen Oberfläche 18. Wie im Falle der galvanischen Anoden ergibt sich, daß der »Nahstrom« merklich verkleinert wird. Die Verminderung des »Nahstromes« stellt nicht nur eine Ersparnis an Energiekosten dar, sondern spart auch Farbe oder einen anderen Überzug, der von der kathodischen Oberfläche infolge hoher Stromdichten entfernt würde.

Es soll betont werden, daß die Verminderung der Farbverluste infolge hoher Ströme nur relativ ist. Während der Untersuchung von Anoden gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die meisten Farben von den eingeschlossenen Strömen verhältnismäßig unbeeinflußt blieben. Jedoch stießen kathodische Oberflächen, die mit Farbe bestimmter Marken gestrichen waren, den Farbüberzug sogar auch dann ab, wenn sehr kleine Ströme zu der bemalten kathodischen Oberfläche verliefen.

Anodenanordnungen für aufgedrückten Strom nach der Erfindung sind auch insofern vorteilhaft, als die Öffnungen in dem Mantel die Ionenbahn zwischen der Anode und der kathodischen Oberfläche beschränken und dadurch den abfließenden Strom dazwischen unabhängig von den elektrischen Konstanten in dem Anoden-Kathoden-Kreis, wie beispielsweise das Anodenpotential, begrenzen. Solche Anodenanordnungen nach der Erfindung können somit bei hohen Potentialen an der Anode und bei großen Öffnungen in dem Mantel verwendet werden, wo eine große Bedeckungsfläche (d. h. hoher Strom) erforderlich ist. Das gleiche hohe Potential kann bei einer Anodenanordnung angewandt werden, die kleine Öffnungen hat, wobei ein kleiner Strom zu der kathodischen Oberfläche fließt und ein kleinerer kathodischer Flächenbereich geschützt wird.
Ein Beispiel einer solchen vorteilhaften Anwendung von Anoden für aufgedrückten Strom ist eine Schiffskörperanodenanlage. Die kathodischen Oberflächen des Schiffskörpers am Bug und Heck werden gewöhnlich weniger polarisiert als die Rumpffläche

ίο des Mittelschiffs. Im Hinblick auf diese Bedingungen sind größere Ströme am Bug und am Heck erforderlich, um diese Flächen gegen Korrosion zu schützen. Die Verwendung von Anodenanordnungen nach der Erfindung ermöglicht große Stromflüsse zu dem Bug- oder Heckabschnitt (mit größeren Öffnungsflächen in den Anordnungen), während der Strom in der Rumpffläche des Mittelschiffs infolge der kleineren Öffnungsfläche in den dort verwendeten Anodenanordnungen unterdrückt wird. Alle Anodenanordnungen können deshalb von einer gemeinsamen Quelle gespeist werden und parallel oder hintereinander geschaltet sein. Eine Reihenanordnung der Anoden für aufgedrückten Strom ist jedoch besonders vorteilhaft. Die öffnungen in dem Mantel wirken hinsichtlich der Begrenzung des Stromes als Widerstand, der jedoch nicht zu dem Reihenwiderstand in der Anodenleitung hinzukommt. Auf diese Weise haben in einer Reihenschaltung die Anoden an dem Ende hohen Potentials kleinere öffnungen, um einen übermäßigen Stromfluß zu der kathodischen Oberfläche zu verhindern, während die Anordnungen an dem Ende niedrigen Potentials der Reihe entsprechend größere Öffnungen haben, um den benötigten Stromfluß zu schaffen. Die Kostenersparnis an elektrischen Leitungen für eine solche Anlage mit Anoden für aufgedrückten Strom ist beträchtlich im Vergleich zu den Kosten der Installation solcher Anoden in Parallelschaltung.

Eine andere abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 10 dargestellt ist, ist eine Anodenanordnung in Wassererhitzerbauart, die mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist. Dabei ist die Anode 12 von einem flüssigkeitsundurchlässigen, elektrisch isolierenden plastischen Mantel 14 umgeben. Das offene Ende 86 des plastischen Mantels 14, der dünn ist, ist zwischen den mit Gewinde versehenen Anodenhalterungsstöpsel 88 und die Gewindeöffnung 66 in dem Oberteil des Wasserbehälters 60 eingepaßt. Da der Mantel 14 den Stöpsel 88 gegen den Behälter 60 isoliert, wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Behälter und der Anode 12 durch andere Mittel hergestellt, wie z. B. einen Draht 94, der zwischen den Stöpsel 88 und den Oberteil des Behälters 60 gelötet ist.

Der Mantel 84 enthält eine Vielzahl öffnungen 30, die so wirken, wie vorher beschrieben wurde. Die öffnungen 30, die sich dicht an dem oberen Anbringungsende des Mantels 14 befinden, sind kleiner ausgebildet, um den Strom zu dem Anodenhalterungselement des Behälters 60 zu begrenzen, da das obere Ende des Behälters dichter an der Anode 12 als die Seiten (nicht dargestellt) des Behälters liegt. Wenn sich die Anode 12 dicht an den Boden des Behälters erstreckt, würde auch das untere Ende 14' des Mantels 14 öffnungen 30 kleinerer Größe enthalten, als sich in dem Mittelteil des Mantels 14 befinden.

Die Öffnungen 30 haben ausreichende Größe, um zu ermöglichen, daß wenigstens ein Teil des Anoden-

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korrosionsproduktes hindurch verläuft. Jedoch erstreckt sich der Mantel 14 unterhalb der Anode, um einen Raum für das Korrosionsprodukt zu schaffen, das sonst nicht aus dem Mantel entweicht. Der Mantel 14 kann beispielsweise als Rohr stranggepreßt werden, das dann ein geschlossenes Ende hat, oder er kann aus einem vorgestanzten Blech hergestellt und dann in ein Rohr geformt und längs der entsprechenden Kanten durch Naht verbunden werden.

Der Mantel kann aus dünnem Blech bestehen, beispielsweise aus Vinylidenchlorid-Polymerisaten und -Mischpolymerisaten, wobei die physikalische Beanspruchung auf dem Mantel nicht übermäßig ist. In Anwendungsfällen, in denen das Korrosionsprodukt nicht durch die Öffnungen verläuft, kann das untere Ende des Mantels offen sein, um das »Herausfallen« des Korrosionsproduktes zu erleichtern. Obgleich das offene untere Ende eine geringe Erhöhung des Stromes von dem Ende der Anode 12 herbeiführt, werden nicht die Vorteile der Gesamtstrombegrenzung und Stromverteilung des Mantels 14 überwogen.

Obgleich nur eine Anbringungsvorrichtung, nämlich das dünnwandige offene Ende 86 für den Mantel 14 dargestellt worden ist, ist es für die Fachleute naheliegend, daß viele Abänderungen in der Mantelhalterungsvorrichtung möglich und in einzelnen Anwendungsfällen praktisch sind. Der in Fig. 10 dargestellte Mantel kann auch in vielen anderen Fällen als in Wassererwärmungsbehältern, z. B. auch in Wassererweichungsbehältern, Anwendung finden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ummantelung zur Begrenzung des Ionenstromes für eine Anode, die elektrisch positiv gegen eine Metalloberfläche ist, die gegen Korrosion geschützt werden soll, gekennzeichnet durch einen Mantel aus elektrisch isolierendem, flüssigkeitsundurchlässigem Material, der sich in Abstand zu der Anode befindet, wobei der Mantel ein größeres Volumen als die Anode hat und sich in dem Mantel eine Vielzahl Öffnungen befinden, deren Fläche jeweils klein im Vergleich zu dem Gesamtflächenbereich des Mantels ist.

2. Ummantelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen eine kleine Fläche verglichen mit der Oberflächengröße der Elektrode haben.

3. Ummantelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel ein schalenförmiges Gehäuse ist, das über der Elektrode angeordnet und gegen eine elektrisch isolierende Platte befestigt ist, die zwischen der kathodisch zu schützenden Oberfläche und der Elektrode angeordnet ist, so daß die Elektrode vollständig umschlossen wird.

4. Ummantelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein röhrenförmiges Gehäuse mit Verschlüssen an jedem Ende, wobei sich in einem dieser Verschlüsse eine Öffnung befindet, durch die ein biegsames Glied hindurch verläuft, das in einer zylindrischen Anode eingebettet und an diese gebunden ist und wobei der andere Verschluß eine abnehmbare Endkappe ist.

5. Ummantelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen in einem Teil des Gehäuses befinden, der von der zu schützenden Oberfläche abgewandt oder entfernt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 435 973, 2 645 612;
»Archiv für Metallkunde«, I (Juni 1947), S. 288; »Chemistry and Industry«, 1954, Bd. I, S. 705.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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