DE1259671B

DE1259671B - Bezugshalbzelle in einer kathodischen Schutzvorrichtung fuer Boote

Info

Publication number: DE1259671B
Application number: DEE20707A
Authority: DE
Inventors: Edward P Anderson
Original assignee: Engelhard Industries Inc
Current assignee: Engelhard Industries Inc
Priority date: 1960-03-07
Filing date: 1961-03-07
Publication date: 1968-01-25
Also published as: NL132523C; US3117070A; NL262068A; GB957468A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C23f

Deutsche Kl.: 48 dl -13/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

E20707VIb/48dl
7. März 1961
25. Januar 1968

Die Erfindung betrifft eine Bezugshalbzelle in einer aus Anode und einer Fremdstromquelle bestehenden kathodischen Schutzvorrichtung für ein mindestens teilweise aus Metall aufgebautes Boot, die isoliert am Bootskörper angebracht ist, mit einer Elektrode und einem Voltmeter zwischen Bootskörper und Elektrode sowie einer Einrichtung zur Änderung des zur Anode fließenden Stroms abhängig von den Signalen der Bezugshalbzelle.

Für den kathodischen Schutz von Oberflächen gegen Korrosion werden normalerweise zwei Arten von Elektroden verwendet. Diese Elektroden sind die Anoden, von denen aus der Schutzstrom fließt, und die Bezugshalbzelle, welche den Wert des Schutzes anzeigt, der an der zu schützenden Oberfläche vorhanden ist. Für große Schiffe werden Kalomel- oder Silber-Silberchlorid-Zellen in weitgehendem Maße verwendet, die im allgemeinen zufriedenstellend sind.

Für den kathodischen Schutz von Stahlrümpfen oder der unter Wasser befindlichen Teile von Schiffsrümpfen aus Holz bei kleinen Wasserfahrzeugen, wie Jachten u. dgl., sind Kalomel- oder Silber-Silberchlorid-Bezugshalbzellen zu teuer. Es wurde vorgeschlagen, statt dieser teueren Halbzellen eine freiliegende Stahlscheibe als Halbzelle zu verwenden. Stahlhalbzellen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Erstens tritt bei ihnen eine abrupte Veränderung im Verhalten während der ersten Betriebstage auf. Ferner rufen sie auf einem Meßinstrument sowohl positive als auch negative Ausschläge hervor. Daher muß, wenn eine Stahlzelle verwendet wird, ein Meßinstrument mit dem Nullpunkt in der Mitte verwendet werden statt eines billigeren Meßinstruments, das auf Signale von nur einer Polarität anspricht. Schließlich beginnt der Stahl nach einer längeren Betriebsdauer zu rosten.

Es ist ferner bereits eine Anordnung bekannt, in welcher ein Meßinstrument in Verbindung mit einer Kupfer-Kupfersulfat-Elektrode verwendet wird (deutsche Auslegeschrift 1 083 688), das über einen Verstärker und motorisch gesteuerten Hebelwiderstand selbsttätig die Einstellung des erforderlichen Kompensationsstroms vornimmt. Ein derartiges vollautomatisches System ist jedoch für kleinere Holzboote unverhältnismäßig aufwendig.

Die Verwendung von Silber-Silberchlorid oder Kupfer-Kupfersulfat-Elektroden ist auch aus der USA.-Patentschrift 2 910 420 bekannt, wo darauf hingewiesen wird, daß Elektrodenwerkstoffe in vom Schiff lose geschleppten Elektroden nur in Verbindung mit Nullinstrumenten, jedoch nicht mit einfachen Voltmetern verwendet werden konnten.

Bezugshalbzelle in einer kathodischen
Schutzvorrichtung für Boote

Anmelder:

Engelhard Industries, Inc., Newark, N. J.
(V. St. A.)

Vertreter:
ίο Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Edward P. Anderson, Livingston, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. März 1960 (13 031) --

Ferner sind auch Graphitanoden bekannt, die am Schiffskörper stationär befestigt sind (USA.-Patentschrift 2 910 419), desgleichen die Verwendung eines pulsierenden oder intermittierend wirksamen Anodenstroms (britische Patentschrift 825 184 und französische Patentschrift 1 077 571).

Aus der britischen Patentschrift 825 184 ist ferner die Verwendung von rostfreiem Stahl als Anodenwerkstoff bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Schutzsystem zu schaffen, das sich gleichermaßen für Boote aus Stahl- und Holzrümpfen eignet und das sowohl mit einem billigen Anodenwerkstoff als auch mit einem einfachen Anzeigeinstrument auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode der Halbzelle aus Bronze besteht und daß das Voltmeter für die Anzeige in nur einer Richtung ausgelegt ist.

Bei Verwendung einer Bronzehalbzelle sind alle Ablesungen der Spannung zwischen der Halbzelle und dem Stahlrumpf oder den zu schützenden Beschlägen eines mit einem Holzrumpf gebauten Schiffes von der gleichen Polarität. Die Ablesungen sind im Vergleich z. B. mit einer Stahlzelle verhältnismäßig konstant. Außerdem führt der hohe Kupfergehalt der Bronze zu einer Vergiftung des Meereswachstums und verhindert eine Verkrustung, wodurch unerwünschte Änderungen in der Halbzellenausgangsspannung vermieden werden. Ferner enthalten Bronzelegierungen wenig Zink, so daß die

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physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der Zelle im Laufe der Zeit nicht nachteilig beeinflußt werden.

Die kathodische Schutzeinrichtung weist eine übliche Masseverbindung zum Schiffsrumpf auf sowie neben der Bezugshalbzelle eine Anode, der der kathodische Schutzstrom zugeführt wird.

Um das Verständnis der elektrochemischen Spannungen zu erleichtern, die im Betrieb der kathodi-Wenn die Rumpfspannung auf 860 mV ansteigt, ist diese negativ mit Bezug auf die Halbzelle. Hieraus ergibt sich, daß, wenn eine Stahlhalbzelle verwendet wird, ein Meßinstrument verwendet werden muß, auf dem Spannungen sowohl von der einen als auch von der anderen Polarität abgelesen werden können.

Wenn Boote mit Rümpfen aus Holz verwendet werden, kann das kathodische Schutzsystem zum

sehen Schutzeinrichtung auftreten, wird nachfolgend io Schutz der Beschläge vorgesehen werden. Diese Be

in einer Tabelle die Spannungsreihe bestimmter ausgewählter Metalle und Legierungen in Meereswasser angegeben. Die Tabelle zeigt die relative Spannung verschiedener Materialien mit Bezug auf eine geschläge sind häufig aus Bronze mit einem Potential, das dem der Bronzebezugszelle vergleichbar ist. Daher beträgt die Anfangsspannung zwischen einer Bronzebezugszelle und den Besehlägen an einem

sättigte Kalomelhalbzelle in Meereswasser bei einer 15 Boot mit einem Rumpf aus Holz etwa Null. Beim

Geschwindigkeit von etwa 4 m/s.

Material

Zink

Aluminium 63 ST

Unlegierter Stahl

Messing

Rotguß

Bronze von der

Zusammensetzung »G«
Kondensatorrohrmessing
90—10 Cu-Ni + 0,82 Fe
70—30 Cu-Ni + 0,06 Fe
70—30 Cu-Ni + 0,45 Fe

»Inconel«

»Monel«

Spannung

(V)

1,03 0,75 0,61 0,36 0,33

0,31 0,29 0,28 0,27 0,25 0,17 0,075

Durchschnittliche

Meereswassertemperatur (⁰C)

22 24 24 24 24

24 24 26 26 26 24 22 Aufbauen eines Schutzfilmes auf den Beschlagen wird die wirksame negative Spannung auf diesen höher und kann beispielsweise von etwa 300 mV auf etwa 550 mV zunehmen. Bei Verwendung einer Stahlbezugszelle für Schiffsrümpfe aus Holz ist jedoch die Spannung zwischen der Stahlbezugszelle und den Beschlagen immer negativ und kann von einer Differenz von etwa 310 mV auf eine Differenz von etwa 60 mV abnehmen.

Bei der Benutzung einer Bronzehalbzelle für einen Stahlrumpf sind die Ablesungen der Spannungsdifferenz zwischen der Halbzelle und dem Stahlrumpf immer von der gleichen Polarität, da die Halbzellenspannung etwa 300 oder 320 mV beträgt und die Spannung am Stahl von etwa 400 mV auf etwa 860 mV zunimmt, wie vorangehend erläutert. Beim Kauf von kathodischen Schutzeinrichtungen ist es zweckmäßig, daß ein einziges System zur Verfügung steht, das sowohl für Boote mit Stahlrümpfen als auch für Boote mit Rümpfen aus Holz verwendbar ist. Wenn eine Bronzebezugszelle verwendet wird, so ist dies aus den vorstehend angegebenen Gründen durchführbar. Es wird also für jeden Bootstyp die gleiche Polarität der Bezugsspannung erzielt. Ferner

Zur Erläuterung der Erfindung sei zunächst die 40 kann bei jedem System das Meßgerät für eine einzige

Spannung zwischen einer Stahlhalbzelle und dem Rumpf eines Stahlbootes von der bisher verwendeten Art betrachtet. Vor dem Anlegen eines kathodischen Schutzstroms kann angenommen werden, daß der Polarität eingerichtet sein, so daß es nicht em teueres Gerät mit dem Nullpunkt in der Mitte zu sein braucht.
Im vorliegenden Fall ist die Bezeichnung Bronze

übliche Stahlrumpf eine negative Spannung von etwa 45 im weiteren Sinn für Legierungen zu verstehen, die 0,61 V oder 610 mV hat, wie sich aus der Tabelle große Anteile Kupfer und kleinere Anteile Zinn oder ergibt. In der Tat kann jedoch wegen Vorhanden- eines anderen Metalls zur Härtung enthalten. Im seins bestimmter Beschläge aus Bronze, Monelmetall
oder aus einem anderen Material die mittlere Span

besonderen wurden mit einer Legierung aus 88 %> Kupfer, 10% Zinn und 2% Blei gute Ergebnisse er-

nung des Stahlrumpfes mit Beschlagen etwa 400 mV 50 zielt. Die Bezeichnung Bronze wurde an Stelle von

betragen.

Bei einer Stahlbezugszelle mit einer negativen Spannung von etwa 610 mV ist an der Halbzelle mit Bezug auf den Schiffsrumpf eine negative Spannung von etwa 210 mV vorhanden. Wenn zwischen der Anode und dem Rumpf ein kathodischer Schutzstrom fließt, bildet sich ein dünner Wasserstoffilm, welcher den Stahlrumpf des Schiffes schützt. Bei der Bildung dieses Filmes baut sich die Spannung am Rumpf auf.

Messing hauptsächlich aus dem Grunde verwendet, um einen wesentlichen Gehalt an Zink auszuschließen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß bei Zink nach längerem Verweilen im Meereswasser die Neigung zum Herauslaugen aus dem Messing besteht. Außer den nachteiligen Wirkungen auf das Gefüge wurde festgestellt, daß das Vorhandensein von Zink mit einem Anteil von etwa über 10 % zu einer wesentlichen Verschiebung in der

Unter optimalen Bedingungen des kathodischen 60 Bezugshalbzellenspannung nach dem Auslaugen des

Schutzes soll die Spannung am Rumpf etwa 250 mV höher liegen als die Spannung des Rumpfes, die in der in der Tabelle gegebenen Spannungsreihe angezeigt ist. Daher beträgt beispielsweise bei einem Zinks führt. Weitere zufriedenstellende Bronzelegierungen enthalten 70 bis 90% Kupfer, "Rest in der Hauptsache Nickel. Unter der Bezeichnung Bronzelegierung sind demnach hier Legierungen zu

Stahlrumpf mit einer normalen Spannung von etwa 65 verstehen, die mindestens 50% Kupfer und weniger 0,61V oder 61OmV die Spannung etwa 86OmV, als 10% Zink enthalten und eine Spannung von etwa wenn optimale Bedingungen für den kathodischen
Schutz bestehen.

0,3 V nach der in der Tabelle gegebenen Spannungsreihe haben.

Claims

Patentanspruch:

Bezugshalbzelle in einer aus Anode und einer Fremdstromquelle bestehenden kathodischen Schutzvorrichtung für ein mindestens teilweise aus Metall aufgebautes Boot, die isoliert am Bootskörper angebracht ist, mit einer Elektrode und einem Voltmeter zwischen Bootskörper und Elektrode sowie einer Einrichtung zur Änderung des zur Anode fließenden Stroms abhängig von den Signalen der Bezugshalbzelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode der Halbzelle aus Bronze besteht und daß das Voltmeter für die Anzeige in nur einer Richtung ausgelegt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1083 688;
französische Patentschrift Nr. 1 077 571;
britische Patentschrift Nr. 825 184;
USA.-Patentschriften Nr. 2 910 420, 2 910 419.