DE1446395B2 - Vorrichtung zum kathodischen Schutz einer Fläche - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum katho- Es sind ferner bereits Schutzanordnungen bekannt, dischen Schutz einer Fläche, mit einer von der bei welchen, ausgehend von einer Bezugshalbzelle, Fläche isolierten Anode und einer Transistoranord- bei bestimmten Potentialwerten selbsttätig Stromnung, durch die jeweils Stromimpulse an die Anode impulse ausgelöst werden (französische Patentschrift gelangen, wenn die Transistoranordnung von einem 5 1 077 571). Die bekannte Anordnung, welche zum leitenden zu einem sperrenden Zustand umgeschaltet Schutz stationärer Anlagen, wie Rohrleitungen, vorwird, und mit einer von der Fläche isolierten Bezugs- gesehen ist, arbeitet mit Stromimpulsen vorgegebener halbzelle, mit Hilfe welcher die Abgabe der Strom- Länge und ist infolge der Konstanz der Stromimpulse impulse gesteuert wird, wobei die Transistoranord- nur beschränkt für sich dauernd ändernde Verhältnung einen ersten pnp-Transistor aufweist, dessen io nisse geeignet, wie sie beim Schutz eines Schiffs-Emitter mit der Stromquelle und dessen Kollektor rumpfes in verschiedenen Gewässern auftreten,
mit der Anode verbunden ist, sowie einen ersten Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zunpn-Transistor, dessen Kollektor mit der Stromquelle gründe, eine kathodische Schutzeinrichtung zu schaf- und dessen Basis mit der Bezugshalbzelle verbunden fen, die besonders in Verbindung mit kleinen Booten ist und der abhängig von einer Potentialdifferenz 15 geeignet ist, einfach und billig ist und die in ihren zwischen Halbzelle und Fläche leitend wird, wenn Einsatzmöglichkeiten vielseitiger ist, da hier wahldas Potential der Fläche einen erwünschten Wert weise entweder die Frequenz oder die Dauer der Imübersteigt, welchen der der zu schützenden Ober- pulse selbsttätig verändert werden kann,
fläche, beispielsweise dem Rumpf eines Schiffes, zu- Die Erfindung wird anschließend an Hand der geführte Gleichstrom entsprechend den Schutzbedin- 20 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
gungen am Rumpf, die durch eine Bezugshalbzelle Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen überwacht werden, selbsttätig verändert. kathodischen Schutzeinrichtung unter Verwendung

Die Verwendung kathodischer Schutzeinrichtungen eines Oszillators, ■"·'·■

für große Hochseeschiffe wird heute weitgehend an- F i g. 2 eine graphische Darstellung zur Erleichte-

gewandt, um starke Korrosion zu verhindern. Eine 25 rung des Verständnisses der Wirkungsweise der in

Schaltanordnung für solche Schiffe ist in der franzö- F i g. 1 dargestellten Schaltanordnung,

sischen Patentschrift 1190 608 beschrieben. F i g. 3 ein Blockschaltbild, welches eine katho-

Bei kathodischen Schutzeinrichtungen für kleine dische Schutzeinrichtung zeigt, die eine hohe Emp-

Boote ist jedoch eine derartige leistungsfähige und findlichkeit hat und unter der Wirkung von natür-

verhältnismäßig hohe Kosten verursachende Schutz- 30 liehen oder normalerweise auftretenden Veränderun-

einrichtung nicht erwünscht. gen in den Bedingungen des kathodischen Schutzes

Es wurden auch bereits einfachere Schutzanord- schwingt, und

nungen vorgeschlagen, die für kleine Boote, beispiels- F i g. 4 ein ausführlicheres Schaltbild einer kathoweise Jachten, bestimmt sind. Diese Einrichtungen dischen Schutzeinrichtung nach Fig. 3.
erfordern jedoch eine Nachstellung von Regelwider- 35 Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ständen bei Veränderungen in den Bedingungen für bestehen die Hauptteile der Schaltanordnung aus den kathodischen Schutz, beispielsweise bei Fahrten einer Bezugshalbzelle 12, eine Anode 14 und einer zwischen Fluß- oder Stromläufen und der hohen See. nicht gezeigten Gleichstromquelle, an die die Speise-Ähnliche Nachstellungen werden erforderlich, wenn leitung 16 angeschlossen ist. Die Anode weist eine Veränderungen im Zustand des Anstrichs auf dem 40 Platinoberfläche, auf oder besteht aus einem anderen Schiffsrumpf u. dgl. eintreten. Veränderungen in der elektrochemisch inerten Material. Der übrige Teil der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs beeinflussen in F i g. 1 dargestellten Schaltanordnung dient dazu, ebenfalls den Schutz seines Rumpfes, und es ist nicht Stromimpulse von der Leitung 16 der Anode 14 zuohne weiteres eine Anpassung an diese Veränderun- zuführen. Diese Impulse sind gleichgerichtet und von gen möglich. - 45 konstanter Dauer und verändern sich in ihrer Fre-

Die Aluminiumrümpfe, welche in vielen kleinen quenz entsprechend den Signalen von der Bezugs-Booten verwendet werden, führen zu zusätzlichen und halbzelle 12, welche den Wert des kathodischen komplizierteren Problemen des kathodischen Schut- Schutzes am Rumpf 18 anzeigen,
zes. Bei Aluminiumrümpfen nimmt die Korrosion Die elektrische Schaltanordnung weist fünf Trananfänglich mit zunehmendem Schutzstrom ab, wäh- 50 sistoren 21 bis 25 auf. Die beiden'ersten Transistoren rend sie anschließend stark zunimmt. Wenn eine 21 und 22 sind Vorverstärkertransistoren, die zwei kathodische Schutzeinrichtung vom Widerstandstyp weiteren Transistoren 23 und 24 bilden einen Schwinfür kleinere Boote auf einem bestimmten Wert für gungskreis, während der letzte Transistor 25 ein ein Aluminiumboot aufgestellt wird, tritt bei Verän- Ausgangs- oder Leistungstransistor ist. Hierbei ist zu derungen in der Leitfähigkeit des Wassers in den Be- 55 erwähnen, daß die Transistoren 21 und 23 vom npndingungen für den kathodischen Schutz häufig eine Typ sind, während die Transistoren 22 und 24 sowie Veränderung von einem solchen Ausmaß auf, daß 25 vom pnp-Typ sind.

ein übermäßiger Schutzstrom zugeführt wird, der als Die richtigen Vorspannungen für den Betrieb der »Überschutz« bezeichnet werden kann und zu einer Transistoren werden durch die verschiedenen in der beträchtlichen Korrosion des Aluminiumrumpfes 60 Schaltungsanordnung vorgesehenen Widerstände geführt. Diese Korrosion kann sogar noch rascher sein liefert. Die Stromkreiswiderstände umfassen Widerais ohne irgendeinen kathodischen Schutz oder bei stände 28 und 30 im Stromkreis des Meßgerätes 31. einem zu schwachen Schutzstrom, was als »Unter- Ein Widerstand 32 ist mit der Zelle 12 am Eingang schutz« bezeichnet werden kann. Infolge dieser Um- zur Basis des Transistors 21 in Reihe geschaltet und stände wurde keine der kathodischen Schutzeinrich- 65 ausreichend groß, um ein Ausbrennen des Transistors tungen für kleine Boote vom Widerstandstyp zur 21 zu verhindern, wenn der Widerstand 32 in unbe-Verwendung bei Wasserfahrzeugen mit Aluminium- absichtigter Weise mit der Spannungsquelle verbunrümpfen empfohlen. den wird. Zur Lieferung einer vorher eingestellten

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regelbaren Spannung ist ein Potentiometer 34 in den aus gesehen, beginnt der Oszillator aus den Tran-Emitterkreis des Transistors 21 geschaltet. Diese sistoren 23 und 24 jedoch mit einer hohen Schwin-Spannung hat die Aufgabe einer Kompensations- gungszähl zu schwingen, sobald der Stromkreis einspannung in Gegenschaltung zu der durch die Be- geschaltet wird, und fährt fort, rasch zu schwingen, zugshalbzelle 12 erzeugten Spannung. Es wurde fest- 5 wenn sich ein kathodischer Schutz am Rumpf aufgestellt, daß unter anderen Vorteilen eine solche An- baut. Über den Transistor 25 werden der Anode 14 Ordnung die Lebensdauer der Bezugshalbzelle er- Normalimpulse zugeführt. Die Frequenz dieser Imhöht. Eine Siliciumdiode 36 ergibt einen Spannungs- pulse verändert sich entsprechend den Bedingungen abfall von 0,7VoIt (bei 10 Milliampere) am Poten- des kathodischen Schutzes. Wenn der Wert des tiometer 34. An Stelle der Diode 36 kann auch eine io Schutzes hoch ist, werden Impulse der Anode 14 nur Zenerdiode verwendet werden. wenig häufig zugeführt und ist die Impulsfolgefre-

Zwischen der 12-Volt-Eingangsleitung 16 und ver- quenz niedrig. Anfänglich wird jedoch, wenn kein

schiedenen Punkten in der Schaltanordnung der Schutzfilm am Rumpf des Schiffes aufgebaut ist, eine

Transistoren 21 bis 25 sind Widerstände 38, 40, 42, hohe Schwingungszahl aufrechterhalten, so daß der

44 und 46 vorgesehen, um die richtigen Betriebs- 15 Anode 14 ein maximaler Strom zugeführt wird. Im

spannungen zu liefern. Der Widerstand 48 ist zwi- Falle der Schaltanordnung nach F i g. 1 beträgt die

sehen dem Emitter des Transistors 22 und der Basis maximale Schwingungszahl 300 Impulse je Sekunde,

des Transistors 23 geschaltet. In ähnlicher Weise ist Diese Schwingungszahl geht bis auf etwa 10 Impulse

ein Widerstand 50 zwischen dem Kollektor des Tran- je Sekunde als niedrigste mit der Schaltanordnung

stistors23 und der Basis des Transistors 24 geschal- 20 nach Fig. 1 erzielbare Schwingungszahl herunter,

tet. Ein Widerstand 52 und ein Kondensator 54 sind Jedoch sind die Erfordernisse normalen kathodischen

zwischen der Basis des Transistors 23 und dem KoI- Schutzes unter konstanten Betriebsbedingungen selbst

lektor des Transistors 24 geschaltet. Zwischen dem für das kleinste Boot größer als 10 Impulse je

Kollektor des Transistors 24 und der Erde ist ein Sekunde. Bei gerinfügigen Stromkreisveränderungen

Widerstand 56 geschaltet. 25 können ohne weiteres andere Frequenzen erzielt

Ein weiterer Kondensator 58 ist zwischen dem werden.

Emitter und dem Kollektor des Transistors 22 ge- Zur Betrachtung der Art der Schwingungen in dem schaltet. Ein Kondensator 60 im Eingangskreis des die Transistoren 23 und 24 enhaltenden Stromkreis Transistors 21 bildet mit dem Widerstand 32 einen sei zunächst angenommen, daß sich der Transistor 24 Tiefpaß, um eine Beeinflussung des Transistors 21 30 im erregten Zustand befindet. Der Transistor 23 ist durch hochfrequente Einschwingvorgänge durch ebenfalls erregt, so daß eine Stromzufuhr zur Basis Nebenschließen derselben zur Erde zu verhindern. des Transistors 24 stattfindet. Die Basis des npn-Was die kathodische Schutzanode 14 betrifft, so kann Transistors 23 muß, damit er leitfähig ist, positiv diese durch eine geeignete Isolierschicht 62 in Ab- gegenüber seinem Emitter sein. Wenn sich nun mit stand vom Rumpf 18 gehalten werden. Die Isolierung 35 der Zeit der Kondensator 54 auflädt, wird der Basis-62 kann sich um die Anode 14 herum so erstrecken, strom zum Transistor 32 verringert. Der Basisstrom daß sie einen Bereich des Rumpfes benachbart der zum Transistor 24 wird ebenfalls verringert, und der Anode bedeckt, um auf diese Weise zu vermeiden, Kollektorstrom des Transistors 24 wird herabgesetzt, daß sich der Schutzstrom in der Nähe der Anode Die Verringerung des Stromfiusses durch den Trankonzentriert. 40 sistor 24 führt zu einer Herabsetzung der Spannung

Im Betrieb stellt der Bootseigentümer anfänglich am Widerstand 56 und ergibt eine kumulative Wir-

das Potentiometer 34 auf eine bestimmte Meßgerät- kung. Dies hat zur Folge, daß die Transistoren 23

ablesung am Meßgerät 31 bei auf dem Kontakt 66 und 24 dann gesperrt werden.

befindlichem Schalterarm 64 ein. Dieses gewünschte Die Zeit, die zur Entladung des Kondensators 54

Potential ist eine bekannte Funktion des Bezugs- 45 auf einen Wert erforderlich ist, bei welchem die

halbzellenmaterials und der zu schützenden Ober- Transistoren 23 und 24 reaktiviert werden, ■ wird

fläche. So beträgt beispielsweise, wenn ein Alu- durch den Entladungsweg durch die Widerstände 48

miniumrumpf 18 und eine Stahl-Bezugshalbzelle 12 und 52 und die Spannung am Kondensator 58

verwendet werden, die gewünschte Ablesung am bestimmt. Der Transistor 22 steuert die Spannung

Meßgerät 31 400 Millivolt. Dementsprechend wird 50 am Kondensator 58. Wenn die Spannung am Kon-

dieser Spannungswert am Regelwiderstand 34 ein- densator 58 hoch ist (wenn eine maximale Leistung

gestellt. erzielt werden soll), sind die Transistoren 21 und 22

Um die im vorhergehenden Absatz genannte Zahl gesperrt. Unter diesen Bedingungen entlädt sich der von 400 Millivolt zu erreichen, ist zu erwähnen, daß Kondensator 54 rasch, steigt das Potential an der Stahl in Seewasser ein galvanisches Potential von 55 Basis des Transistors 23 rasch an und ist die »Ausetwa — 0,60 Volt oder — 600 Millivolt in bezug auf schalt«-Zeit kurz. Die hierdurch erzielte hohe Imeine gesättigte Kalomel-Halbzelle oder eine Normal- pulsfolgefrequenz durch den Transistor 25 ergibt silber-Silberchlorid-Zelle hat. Aluminium hat eine eine maximale Leistung an der kathodischen Schutz-Aktivität von etwa —750 Millivolt gegenüber einer anode 14. Unter Bedingungen maximaler Impuls-Kalomel-Halbzelle. Dies ergibt eine Anfangsdifferenz 60 folgefrequenz von 300 Impulsen je Sekunde hat die von 150 Millivolt. Wenn ein richtiger Wert des katho- besondere in Fig. 1 dargestellte Schaltung " eine dischen Schutzstroms fließt, erhöht der Wasserstoff- »Ausschalt«-Zeit, die etwa gleich der »Einschalt«- schutzfilm an der zu schützenden Oberfläche das Zeit ist. Daher wird das Verhältnis der Impulsdauer negative Potential um 250 Millivolt. Die gewünschte zur Zeit zwischen den Impulsen entsprechend den Gesamtablesung am Meßgerät beträgt daher 400 65 abgeführten Eingangssignalen aus der Fühlhalbzelle Millivolt. 12 verändert.

Nachstehend wird das genaue Arbeitsverfahren im In der graphischen Darstellung der F i g. 2 ist der

einzelnen beschrieben. Vom Gesamtgesichtspunkt der Anode 14 zuge'führte relative Strom über der

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Abweichung der Halbzelle 12 von der eingestellten Widerstand 44 470 Ohm

Spannung am Widerstand 34 aufgetragen. Wenn bei- Widerstand 46 20 Ohm

spielsweise die optimale Spannung, die an der Widerstand 48......... 470000hm

Bezugshalbzelle 12 gewünscht wird, 400 Millivolt

beträgt, wird der Widerstand 34 anfänglich so einge- 5 Widerstand 5U Z /U Ohm

stellt, daß er am Meßgerät 31 eine Ablesung von Widerstand 52 15 000 0hm

400 Millivolt ergibt. Anfänglich hat die Bezugshalb- Widerstand 56 10 Ohm

zelle eine viel niedrigere Ablesung, da sich noch

kein Schutzfilm am Rumpf aufgebaut hat. Dies ent- Kondensator 54 0,1 Mikrofarad

spricht dem Teil 72 der in Fig. 2 dargestellten io Kondensator 58 1,0 Mikrofarad

Kurve. Wenn sich ein Schützern am Rumpf aufbaut, Kondensator 60 110 Mikrofarad

nimmt der Spannungswert der Bezugshalbzelle 12 zu

und wird der der Anode 14 zugeführte Strom ver- Transistoren 21, 23 .... Type 2N35

nngert. Diese Situation entspricht dem Abschnitt 74 _ . __ ^„-^..0,·

der Kurve in Fig. 2. Nachdem Gleichgewichts- 15 Transistor 22 Type 2N184

bedingungen erreicht worden sind, wird ein mittlerer Transistor 24 Type 2 N176

Arbeitspunkt 76 erreicht, bei welchem die durch die Transistor 25 Type 2N1163

Bezugshalbzelle 12 zugeführte Spannung gleich der

am Widerstand 34 eingestellten Spannung ist, wenn Meßgerät 31 50 Mikroampere,

ein Vergleich durch Umschalten des Meßgerätes vom 20 2000 Ohm
Kontakt 66 auf den Kontakt 68 vorgenommen wird.

Im Falle eines Uberschutzes überschreitet die Span- Wie ersichtlich, ist der Widerstand 28 vom Widernung an der Bezugshalbzelle 12 die eingestellte Span- stand 30 verschieden. Dieser Unterschied ist vorgenung und muß der der Anode 14 zugeführte Strom sehen, um die Meßgerätablesungen anzugleichen, verringert werden. Diese Bedingungen sind durch 25 wenn optimale Bedingungen erzielt werden. Der den Abschnitt 78 der in F i g. 2 gegebenen Kennlinie Widerstand 30 ist vom Widerstand 28 um 6000 Ohm dargestellt. Diese Situation würde beispielsweise verschieden, um einen Ausgleich für den Spannungsbestehen, wenn ein Boot aus dem Meereswasser in abfall von 0,1 Volt an der Eingangsbasis- und der einen Stromlauf einfährt. Die dabei auftretende Ver- Emitterelektrode des Transistors 21 zu schaffen. Bei ringerung in der Leitfähigkeit des Wassers ergibt 30 diesem Unterschied im Widerstand scheinen die einen Überschuß, wenn der Salzwasserwert des katho- Meßgerätablesungen genau die gleichen zu sein, wenn dischen Schutzstroms aufrechterhalten werden würde. sich die Einrichtung an dem gewünschten Arbeits-Eine Verringerung der Geschwindigkeit eines Was- punkt befindet, der in F i g. 2 als Punkt 76 bezeichserfahrzeugs hat das gleiche Ergebnis. Unter solchen net ist. Die Verwendung des Transistors 21 als erste Bedingungen wird ein neuer Arbeitspunkt auf einem 35 Vorverstärkerstufe bringt eine Anzahl Vorteile, niedrigeren Stromwert erzeugt. Für die Schaltanord- Erstens ist er im wesentlichen frei von Trift und nung nach F i g. 1 würde dies bedeuten, daß der leitet immer beim gleichen Wert mit dem gleichen Oszillator mit einer etwas niedrigeren Frequenz arbei- Unterschied in der Spannung an der Eingangsbasisten würde. und der Emitterelektrode. Er wird durch die Schwin-Wenn das zuletzt gegebene Beispiel auf die Einzel- 40 gungseigenschaften der Anlagen an Bord eines heiten der Schaltanordnung nach F i g. 1 angewendet Schiffes nicht beeinflußt. Außerdem hat er eine wird, ist anzunehmen, daß die Halbzellenspannung niedrige Eingangsimpedanz beim Anlegen einer Gezunimmt, so daß ein größerer Schutzwert als ge- genvorspannung und erfordert keine Vorspannwünscht erhalten wird. Wenn die der Basis des Tran- schaltanordnung außer der regelbaren Spannung, die sistors 21 zugeführte Spannung diejenige am Emitter 45 am Potentiometer 34 eingestellt wird,
dieses Transistors übersteigt, wird der Transistor 21 Es seien nun mehrere der bemerkenswerten Vorauf einen höheren Leitungswert erregt. Der Tran- teile der erfindungsmäßen kathodischen Schutzeinsistor 22 wird in ähnlicher Weise auf einen höheren richtung in Erinnerung gebracht. Erstens können Leitungswert erregt. Unter diesen Bedingungen wird durch die Verwendung einer Niederfrequenz-Schwindie Spannung an der Basis des Transistors 23 herab- 50 gungsregelschalung billige Transistoren verwendet gesetzt und nimmt die »Ausschalt«-Periode des werden. Die dabei erhaltene selbsttätige kathodische Schwingungskreises zu. Hierdurch wird natürlich die Schutzeinheit für kleine Boote ist nur geringfügig Periodizität des Schwingungskreises sowie der der teurer als nicht selbsttätige Einheiten vom WiderAnode 14 zugeführte kathodische Schutzstrom ver- standstyp und beansprucht nicht mehr Raum. Außermindert. 55 dem zeigen Versuche, daß bei einem gegebenen Wert Der Vollständigkeit halber werden die Werte der des Schutzes, gemessen durch eine Bezugshalbzelle, Bauelemente in der Schaltung nach F i g. 1 wie folgt eine geringere Menge der Stromzufuhr zur Anode angegeben. erforderlich ist, wenn dieser Strom die Form von

gleichgerichteten Impulsen hat und nicht die eines

Widerstand 28 18 000 Ohm 60 stetigen Stroms von einer niedrigeren Spannung.

Widerstand 30 12 000 Ohm Diese Verminderung des Stroms scheint etwa 15 bis

Widerstand 32 470 Ohm 25°/o zu betragen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß

Widerstand 34 500 Ohm diese Verbesserung zumindest teilweise sich aus dem

/veränderlich} erhöhten »Niederschlagsvermögen« des höheren

„,., . , ,„ . \_nn „, 65 Spannungswertes ergeben kann, der der Anode oder

Widerstand 38 1 000 Ohm £_{n AnQ} ⁵ _{den 2ugefi}f_{hrt wirdj wenn der} Gleichstrom

Widerstand 40 27 000 0hm Impulsform hat.

Widerstand 42 4 700 Ohm An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß der Ausdruck

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»Niederschlagsvermögen« verwendet wird, um die kathodischen Schutzes am Rumpf anzeigt und durch maximale Entfernung von jeder Anode zu kennzeich- das Schaubild 84 mit einem Hoch bei 86 und einem nen, an welcher das zugeführte Potential bei einer ge- Tief bei 88 dargestellt ist. In diesem Bezugsstromgebenen Gesamtstromabgabe noch ausreicht, einen kreis wird eine Kompensations- oder Bezugsspannung zufriedenstellenden Schutz zu gewährleisten. Das 5 von einem Potentiometer 90 abgeleitet. Die Bezugs-Niederschlagsvermögen nimmt mit der angelegten halbzellenspannung und die Bezugsspannung werden Spannung zu, woraus sich, da der Strom durch die durch einen ersten Transistor der Verstärkungsstufe, erfindungsgemäße Einrichtung mit durch Ausschalt- die in F i g. 3 mit 92 bezeichnet ist, verglichen. Die perioden getrennten Teilbeträgen zugeführt wird, ein auf den Verstärker 92 auf seiner rechten Seite folhöherer Spannungswert mit den zugeführten Strom- io gende Kurve zeigt die Form eines verstärkten Signals impulsen ergibt im Vergleich zu einer stetigen Strom- 94, das an dieser Stufe mit umgekehrter Polarität aufzufuhr, welche mit dem gleichen mittleren Strom ar- tritt. Die folgende Stufe 96 ist eine Schaltstufe übbeitet. Mit anderen Worten, es wird ein erhöhtes licher Art, die häufig als Schmidt-Trigger bezeichnet Niederschlagsvermögen unter sonst gleichen Bedin- wird, zur Umformung des Signals in getrennte Imgungen erreicht, wenn ein Schutzstrom in Form von 15 pulse, die in dem entsprechenden Schaubild mit 98 Impulsen verwendet wird, der durch Ausschalt- bezeichnet sind. Dieses Signal wird einem Treiberperioden unterbrochen ist. transistor 100 zugeführt (Schaubild 102), der seiner-Die in F i g. 3 und 4 darstellte Ausführungsform seits den Leistungstransistor 104 betätigt, welcher als der erfindungsgemäßen kathodischen Schutzeinrich- Schutzstromschalter im Ausgangsstromkreis 2 wirkt, tung ist für eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und 20 der eine Stromversorgung 106 mit der Anode bzw. eine ausreichende Empfindlichkeit gebaut, so daß sie mit den Anoden 108 verbindet. Wie ersichtlich, be-· unter normalen Betriebsumständen zwischen den Be- findet sich der Ausgangsstrom bzw. Schutzanodendingungen arbeitet, die vorangehend als »Unter- strom, der durch das Schaubild 110 dargestellt ist, in schutz« und »Überschutz« bezeichnet wurden. Mit Gegenphase zum Ausgang der Treiberstufe (Schauanderen Worten, statt der Anordnung eines Oszilla- 25 bild 102). Er ist daher phasengleich mit dem aus der tors schwingt das System in Form einer geschlosse- Bezugshalbzelle erhaltenen ursprünglichen Signal 84. nen Schleife als Ganzes mit seiner Eigenfrequenz, Da der höhere Wert. eines Signals Überschutz anwelche von den in natürlicher Weise auftretenden Be- zeigt, ist die entsprechende Phase der Ausgangsspandingungen des kathodischen Schutzes an der zu nung diejenige bei gesperrtem Ausgangstransistor schützenden Oberfläche, beispielsweise an einem 30 104, so daß der Anode 108 kein Schutzstrom zuRumpf, auftreten. An dieser Stelle ist zu erwähnen, geführt wird.

daß die meisten Systeme mit geschlossener Schleife Fig. 4 ist ein ins einzelne gehendes Schaltbild des

bei der Abweichung von den optimalen Bedingungen in F i g. 3 schematisch dargestellten und im voran-

in einer Weise arbeiten, die allgemein als »Pendel- gehenden Absatz beschriebenen Systems. Gleiche

schwingung« bezeichnet wird, als ein Phänomen, das 35 Schaltelemente sind mit den gleichen Bezugsziffern

notwendig ist, um optimale Bedingungen zu er- bezeichnet.

reichen, bei welchen der sonst zwecklose und un- Der Transistor 112, der außerdem einen Bestanderwünschte Pendelschwingungsvorgang zu einem teil des in F i g. 3 dargestellten Verstärkers 92 bildet, Stillstand kommt. In scharfem Gegensatz zu solchen vergleicht die Bezugs-Halbzellenspannung mit einer Systemen ist die erfindungsgemäße Einrichtung so 40 am Potentiometer 90 eingestellten Spannung. Die ausgebildet, daß sie ständig unter allen Bedingungen, Spannung am Potentiometer 90 wird mit Hilfe der einschließlich der optimalen oder Ausgleichbedingun- Diode 114 eingeregelt.

gen, derart schwingt, daß die Schwingung des Systems Der Unterschied zwischen der gewünschten, am als Ganzes mit einer Frequenz von mindestens 1 je Potentiometer 90 eingestellten Rumpf spannung und Sekunde, vorzugsweise 20 bis 200 je Sekunde, auf- 45 der durch die Bezugshalbzelle 82 erzeugten Spannung treten. Dieses Ergebnis kann durch die Verwendung wird durch Transistoren 112 und 116 verstärkt. Diese mindestens einer Verstärkungsstufe erreicht werden, verstärkte Spannung tritt am Widerstand 118 auf und welche die Empfindlichkeit des Systems bis zu einem wird der Basis des Transistors 120 zugeführt. Wenn Grad treibt, bei welchem ein Überschwingen bei allen diese Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, Bedingungen einschließlich der optimalen Bedingun- 50 praktisch etwa 5 Volt, wird der Transistor 120 leitend gen auftritt. Das System nach F i g. 3 und 4 befindet und der Transistor 122 gesperrt, so daß er seinen sich daher zu keinem Zeitpunkt im Gleichgewicht, nicht leitenden Zustand infolge der zwischen beiden -sondern schwingt wegen des absichtlich herbei- vorgesehenen Kopplung annimmt, die als Schmidtgeführten Überschwingens selbst bei andauernden Trigger bekannt und in dem in F i g. 3 gegebenen optimalen Bedingungen. Das Ergebnis ist, daß der 55 Blockschaltbild mit 96 bezeichnet ist.
Schutzanodenstrom ein pulsierender Strom ist, wobei Wenn andererseits die Spannung an der Basis des das Verhältnis der Impulsdauer zur Zeit zwischen Transistors 120 unter einen bestimmten Wert abfällt, den Impulsen eine Funktion der Signalspannung der praktisch etwa 4 Volt, beginnt der Transistor 122 Bezugshalbzelle ist und die Frequenz von den in leitend zu werden. Dies hat zur Folge, daß die Spannatürlicher Weise auftretenden Veränderungen in 60 nung am Widerstand 124 zunimmt, so daß der Tranden Bedingungen des kathodischen Schutzes abhängt, sistor 120 gesperrt wird. Solange sich der Transistor beispielsweise von der Rumpfpolarisation und der 122 im Leitungszustand befindet, kann Strom von der Geschwindigkeit des Schiffes im Falle eines Schutzes Basis des Treibertransistors 100 fließen. Dies hat zur für einen Schiffsrumpf. Folge, daß die am Widerstand 126 auftretende Spanin F i g. 3 ist der Rumpf bzw. die zu schützende 65 nung nahezu gleich der Spannung ist, die an der Oberfläche mit 80 bezeichnet. Zwischen dem Rumpf positiven Klemme 128 der Stromversorgung 106 aaf-80 und einer Bezugshalbzelle 82 wird eine Signal- tritt, welche bei kleinen Booten gewöhnlich eine spannung erzeugt, welche die Bedingungen des 12-Volt-Batterie ist. Es kann daher kein Strom von

der Basis des Stromschaltertransistors 130 fließen und wird kein Strom der Anode bzw. den Anoden 108 zugeführt. Wenn die Spannung an der Bezugshalbzelle abfällt, so daß sie ein Tief erreicht, wie bei 88 in F i g. 3 angegeben, was einen Unterschutz anzeigt, zieht der Transistor 112 weniger Strom, der Transistor 116 mehr Strom und nimmt die am Widerstand 118 und an der Basis des Transistors 120 erzeugte Spannung zu. Dies hat zur Folge, daß der Transistor 120 leitend wird und die Transistoren 122 und 100 ihren nichtleitenden Zustand annehmen. Es kann nun kein Strom von der Basis des Leistungsschaltertransistors 130 durch den Widerstand 126 fließen und steht Strom zur Anode bzw. zu den Anoden 108 zur Verfügung.

Andererseits leitet im Falle eines Überschutzes, wenn die Spannung an der Bezugshalbzelle 82 auf einen Wert, beispielsweise auf den bei 86 in F i g. 3 dargestellten, ansteigt, der Transistor 112 mehr Strom, der Transistor 116 weniger Strom und nehmen die Spannungen am Widerstand 118 und an der Basis des Transistors 120 ab. Die Widerstände 120 und 122 werden abgeschaltet, und der Transistor 100 wird leitend. Es kann kein Strom von der Basis des Leistungsschaltertransistors 130 fließen, da an dieser eine höhere positive Spannung als am Emitter besteht. Unter solchen Bedingungen kann der Spannungsabfall am Transistor 100 0,2VoIt betragen, während der Spannungsabfall am Gleichrichter 132, der zum Erzielen eines Spannungsabfalls am Emitter des Transistors 130 verwendet wird, 0,5 Volt beträgt. Dies hat zur Folge, daß den Anoden 108 kein Schutzstrom zugeführt wird.

Der Gleichrichter 132 ergibt zusätzlich eine Temperaturstabilität am Transistor 130 für den »Ausschalt«- oder nichtleitenden Zustand.

Ein weiterer Gleichrichter 134 und ein Kondensator 136 werden zum Sieben der von der Stromversorgung 106 abgeleiteten Spannung verwendet.

Die übrigen Widerstände 140 bis 158 und die Kondensatoren 160 und 162 dienen zur Lieferung der richtigen Spannungen an den verschiedenen Punkten der Stromkreise bzw. zur Bildung von Sieben. Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist das Meßgerät 164 ständig zur Ablesung der Bezugshalbzellenspannung angeschaltet und wird zur Einstellung der Bezugsspannung am Potentiometer 90 verwendet.

Nachstehend sind der Vollständigkeit halber die Schaltelemente in der Schaltung nach F i g. 4 wie folgt angegeben:

Widerstand 90 500 Ohm

Widerstand 118 ....... 4 700 Ohm

Widerstand 124 470 Ohm

Widerstand 126 150 0hm

Widerstand 140 18 000 0hm

Widerstand 142 470 Ohm

Widerstand 144 27 000 0hm

Widerstand 146 1 000 Ohm

Widerstand 148 ....... 100 Ohm

Widerstand 150 ....... 820 0hm

Widerstand 152 1500 0hm

Widerstand 154 2 200 0hm

Widerstand 156 470 0hm

Widerstand 158 1 000 Ohm

Gleichrichter 114 Type 1N1692

Gleichrichter 132 Type 1N1128

Gleichrichter 134 Type 1N1692

Transistor 112 Type 2N1102

Transistor 116 Type 2N1102

Transistor 120 Type 2N1102

Transistor 122 Type 2N1102

Transistor 100 Type 2N1303

Transistor 130 Type 2 N1557

Kondensator 136 100 Mikrofarad

Kondensator 160 110 Mikrofarad

Kondensator 162 0,001 Mikrofarad

Meßgerät 164 50 Mikroampere,

2000 Ohm
Stromversorgung 106 .. 12-Volt-Batterie

Bei der Schaltanordnung nach Fig. 4 und unter Berücksichtigung des Umstandes, daß das System eine ausreichend hohe Verstärkungsziffer bzw. einen ausreichend hohen Verstärkungsfaktor aufweisen soll, so daß ständig ein Überschwingen stattfindet, wie vorangehend beschrieben, ist zu beachten, daß eine Veränderung in der Signalspannung, welche durch die Bezugshalbzellen von etwa 0,03 Volt erzeugt wird, normalerweise zwischen den Endpunkten besteht, wie bei 86 und 88 in F i g. 3 dargestellt. Die entsprechende Veränderung der Spannung an der Basis des Transistors 120 beträgt dann etwa 1 Volt. Unter solchen Umständen und bei den ständig auftretenden Schwankungen der Bedingungen des kathodischen Schutzes an einem Rumpf, welche die Bezugshalbzellenspannung zur Erzeugung von Schwingungen liefern, erzeugt das in F i g. 4 mit Einzelheiten dargestellte System diese Schwingungen mit einer Schwingungszahl von etwa 20 je Sekunde. Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine Schwingungszahl von weniger als 1 je Sekunde immer noch für einen erfolgreichen Schutz eines Schiffsrumpfes ausreicht, während andererseits, theoretisch, keine obere Grenze für die Frequenz besteht. Bei einem kleinen Wasserfahrzeug im Ruhezustand ist nur wenig Strom erforderlich, so daß verhältnismäßig kurze Impulse mit langen Intervallen ausreichen, während, wenn sich das Wasserfahrzeug in Bewegung befindet, jedoch die Länge der Impulse zunimmt und die »Ausschalteso Zeit abnimmt, wodurch das Verhältnis der Impulsdauer zur »Ausschalt«-Zeit erhöht wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kathodischen Schutz einer Fläche, mit einer von der Fläche isolierten Anode und einer Transistoranordnung, durch die jeweils Stromimpulse an die Anode gelangen, wenn die Transistoranordnung von einem leitenden zu einem sperrenden Zustand umgeschaltet wird, und mit einer von der Fläche isolierten Bezugshalbzelle, mit Hilfe welcher die Abgabe der Stromimpulse gesteuert wird, wobei die Transistoranordnung einen ersten pnp-Transistor aufweist, dessen Emitter mit der Stromquelle und dessen Kollektor mit der Anode verbunden ist, sowie einen ersten npn-Transistor, dessen Kollektor mit der Stromquelle und dessen Basis mit der Bezugshalbquelle verbunden ist und der abhängig

von einer Potentialdifferenz zwischen Halbzelle und Fläche leitend wird, wenn das Potential der Fläche einen erwünschten Wert übersteigt, gekennzeichnetdurch eine Schaltkreisanordnung zwischen dem ersten npn-Transistor (21) und der Basis des ersten pnp-Transistors (25), um den pnp-Transistor leitend zu machen und die Dauer der Stromimpulse zu ändern, wenn der Leitungszustand des ersten npn-Transistors unter einen ersten bestimmten Wert fällt, und um ferner den ersten pnp-Transistor zu speisen, wenn der Leitungszustand des ersten npn-Transistors einen zweiten vorgegebenen Wert übersteigt, der höher ist als der erstgenannte Wert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreisanordnung einen zweiten npn-Transistor (116) aufweist, dessen Basis mit der Stromquelle und dem Kollektor des ersten npn-Transistors verbunden ist und dessen Kollektor mit der Stromquelle verbunden ist, während sein Emitter über einen ersten Widerstand (118) an Erde liegt, mit einem dritten npn-Transistor (120), dessen Kollektor mit der Stromquelle und dessen Basis mit dem Emitter des zweiten npn-Transistors an einem Punkt zwischen diesem Emitter und dem ersten Widerstand (118) verbunden ist, mit einem vierten npn-Transistor (122), dessen Kollektor mit der Stromquelle und dessen Emitter über einen zweiten Widerstand (124) mit Erde verbunden ist, wobei der Emitter des dritten npn-Transistors mit dem Emitter des vierten npn-Transistors an einem Punkt zwischen dem Emitter des vierten Transistors und dem zweiten Widerstand (124) verbunden ist, mit einem Kondensator (162) und einem dritten Widerstand (152), die zwischen dem Kollektor des dritten npn-Transistors (120) und der Basis des vierten npn-Transistors (122) parallel geschaltet liegen, mit einem zweiten pnp-Transistor (100), dessen Basis über einen vierten Widerstand (158) mit dem Kollektor des vierten npn-Transistors (122) verbunden ist, wobei der Emitter des zweiten pnp-Transistors mit der Stromquelle und der Kollektor mit der Basis des ersten pnp-Transistors (130) verbunden ist und über einen fünften Widerstand (126) an Erde liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter des ersten npn-Transistors und der Stromquelle ein Potentiometer liegt, um über die Bezugshalbzelle eine Spannung anzulegen, die in Gegenphase zu einer Spannung liegt, die von der Bezugshalbzelle als Folge eines Spannungsunterschieds zwischen Halbzelle und Fläche erzeugt wird.

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