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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Schutz der Wellendichtung
von Schiffsschrauben gegen Korrosion Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum elektrischen Schutz einer Wellenbüchse der Wellendichtung von Schiffsschrauben
gegen Korrosion.
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Als Wellendichtung von Schiffsschrauben wurde bisher häufig ein sogenanntes
blbadsystem gemäß Figur 1 der anliegenden Zeichnungen benutzt. Bei dieser Wellendichtung
ist eine vordere Stirnfläche eines Angusses von einer Schiffsschraube 2, die auf
einer Schraubenwelle 1 befestigt ist, durch Schrauben mit einer Flanschfläche einer
an der Schraubenwelle 1 festgelegten Wellenbüchse 3 verbunden. Eine Vielzahl von
Dichtungsringen 7, die durch ein Gehäuse bestehend aus einem Abdeckring 4, Zwischenringen
5 und einem Flanschring 6 festgelegt sind, ist zur Erzielung der Dichtwirkung verschiebbar
am Umfang der Wellenbüchse 3 angebracht. Diese Wellendichtung dient dazu, ein Eintreten
von Seewasser in ein Schiff zu verhindern, und sie ist sehr wesentlich für eine
sichere Schiffahrt. Da sich bei dieser Wellendichtung die Wellenbüchse während der
Schiffahrt in ständiger Verschiebungsberührung mit den Dichtungsringen befindet,
muß sie eine hervorragende Verschleißfestigkeit und eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit
gegenüber Seewasser haben. Deshalb wird ein Edelstahl mit großem
Chromgehalt
als das die Büchse bildendes Material benutzt, um die erforderlichen Werte der Korrosionsbeständigkeit
und der Verschleißfestigkeit zu erhalten.
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Wie beim elektrischen Schutz von Umhüllungen von Schiffskörpern oder
Stahlblechrohren ist allgemein ein galvanisches Anodenverfahren geeignet, nach dem
der Schutz durch Verwenden von Opferanoden, wie Aluminiumanoden und Zinkanoden,
erreicht werden kann. Es ist bekannt, daß durch dieses Verfahren ausreichende Schutzwirkungen
erzielt werden können. Da Edelstahl, der als Material für eine Wellenbüchse verwendet
wird, bereits eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist, wurde bei einem derartigen
Edelstahl keine Antikorrosionsbehandlung durchgeführt. Es wurde angenommen, daß
eine solche Behandlung für Edelstahl nicht notwendig ist.
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Jedoch besteht bei der zunehmenden Verunreinigung des Seewassers die
Neigung, daß sogar eine Edelstahlbüchse bestimmten Korrosionserscheinungen, wie
einer zunehmenden Spalt- oder Fugenkorrosion und einer porösen Korrosion unterliegt.
In der Praxis ergibt sich die Fugenkorrosion oder poröse Korrosion in dem Teil der
Büchse, der sich in Gleitberührung mit den Dichtungsringen an der Seewasserseite
befindet. Daraus ergeben sich häufig Fehler, wie ein ö1-leck, und Zerstörungen am
Dichtungsringgummi.
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Wenn eine solche Korrosion an einer Wellenbüchse auftritt, wird sie
von der Schraubenwelle gelöst und erneut bearbeitet. Wenn die Korrosion zu stark
fortgeschritten ist, werden eine neue Büchse eingesetzt und die korrodierte Büchse
ausgeschieden. Im Hinblick auf die für den Austausch von Wellenbüchsen erforderlichen
Dockkosten ergeben sich durch solche Austauschvorgänge große Verluste.
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Daher besteht ein erhebliches Bedürfnis zur Entwicklung eines wirksamen
Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum elektrischen Schutz von Wellenbüchsen gegen
Korrosion.
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Aus der US-PS 3 623 968 ist eine zylinderförmige oder auch rohrförmige
Opferelektrode bekannt, die an der Verbindungsstelle von miteinander verschweißten
beschichteten Rohren anzubringen ist.
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Die US-PS 3 274 o85 offenbart die Verwendung von galvanischen Aluminiumverbrauchsanoden
für den kathodischen Schutz von Schiffsballasttanks und für ähnliche Zwecke. Aus
der DT-OS 1 446 351 ist eine Korrosions-Schutzvorrichtung für unter der Erde oder
unter Wasser befindliche metallische Oberflächen bekannt. Die DT-PS 1 133 962 beschreibt
eine kathodische Schutzanlage für Schiffe und Schiffspropeller, das heißt für am
Heck eines Schiffes unter Wasser befindliche Teile, die Seewassereinflüssen ausgesetzt
sind.
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Aus der DT-OS 2 o12 864 ist eine Anlage zum Entfeuchten von Bauwerken
bekannt, welche zum Entfeuchten von Bauwerken die sogenannte elektroosmotische Methode
benutzt. Weiterhin sei zum Stand der Technik auf die US-PS 3 562 124, 3 616 419,
3 721 618, 3 723 282 und 3 864 234 verwiesen.
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Keine dieser Druckschriften befaßt sich jedoch mit dem speziellen
Problem des elektrischen Schutzes der durch eine Schiffswand hindurchführenden,
eine Antriebswelle umgebenden Büchse.
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Im Hinblick auf den d)en erwähnten Stand der technik wurden im Rahmen
der vorliegenden Erfindung zahlreiche Versuche zum Schutz derartiger Wellenbüchsen
gegen Korrosion durchgeführt. Es wurde festgestellt, daß die Wellenbüchsen durch
ein galvanisches Anodenverfahren gegen Korrosion geschützt werden können, indem
Opferanoden eines bestimmten Gewichts an der dem Seewasser ausgesetzten Seite auf
einem Flanschteil einer Büchse befestigt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung der oben genannten Art, wonach die Wellenbüchse
und damit die Wellendichtung unter Vermeidung der geschilderten Nachteile wirksam
gegen Korrosion geschützt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der gestellten Aufgabe bei einem Verfahren
sowie einer Vorrichtung zum elektrischen Schutz einer Wellenbüchse der Wellendichtung
von Schiffsschrauben gegen Korrosion vorgeschlagen, daß an der dem Seewasser ausgesetzten
Seite eines Flanschteils einer geeigneten Wellenbüchse zumindest ein
Opferanoden-Blockglied
leicht austauschbar in Umfangsform am Flanschteil befestigt wird. Hierdurch ergeben
sich ein wirksamer Korrosionsschutz und eine einfache Austauschbarkeit der hierzu
dienenden Opferanode.
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In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Wellenbüchse
von einer Schraube elektrisch isoliert ist. Außerdem ist es bevorzugt, daß das Opferanoden-Blockglied
aus zumindest einem aus der Materialgruppe Aluminium, Aluminiumlegierungen, Zink
und Zinklegierungen ausgewählten Material hergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen: Figur 1 - eine Anordnung einer herkömmlichen Wellendichtung
vom Qlbadsystem im Schnitt, Figur 2 - eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Verhältnis der seewasserausgesetzten Oberfläche der Aluminiumanode
zur seewasserausgesetzten Oberfläche der Wellenbüchse und dem Mischpotential im
Fall von ruhendem Seewasser bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur
3 - eine graphische Darstellung derselben Beziehung wie in Figur 2 bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch im Fall von strömendem Seewasser, Figur
4 - eine graphische Darstellung der Veränderung der Schutzstromdichte zwischen der
Wellenbüchse und der Aluminium-Opferanode bei einem Flächenverhältnis von 20 % jeweils
bei ruhendem und strömendem Seewasser sowie bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Figur 5 - in perspektivischer Ansicht den Zustand, bei dem erfindungsgemäß
eine Opferanode auf einem Flanschteil der Wellenbüchse befestigt ist, und Figur
6 - in Schnittansicht den Zustand, bei dem eine mit einer Opferanode versehene Wellenbüchse
an einer Schraube angebracht ist.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäß zu verwendende Opferanode beschrieben.
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Im allgemeinen hat die seewasserausgesetzte Seite einer Wellen-2 büchse
für eine Wellendichtung eine Fläche von etwa 1 m2 sogar im Fall eines übergroßen
Tankers, und die zu schützende Fläche ist sehr klein. Allein im Hinblick auf das
Schutzpotential kann die Masse an aus Zink, Aluminium oder dergleichen zusammengesetzter
Opferanode vermindert werden. Wenn aber die Büchse aus Edelstahl besteht, ist es
erforderlich, einen höheren Schutzstrom als in dem Fall üblicher Schiffskörperumhüllungen
oder anderer Eisenmaterialien aufzubringen. Im Hinblick auf die Anodenlebensdauer
sollten daher große Anodenmengen bzw. -massen angebracht werden.
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Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen Ergebnisse von im Rahmen der vorliegenden
Erfindung durchgeführten Versuchen. Im einzelnen zeigt Figur 2 die Relation zwischen
dem Mischpotential und dem Verhältnis der seewasserausgesetzten Oberfläche einer
Aluminiumanode zur seewasserausgesetzten Oberfläche einer Edelstahlbüchse mit großem
Chromgehalt im Fall ruhenden Seewassers. Figur 3 zeigt dieselbe Beziehung des Mischpotentials
zum Verhältnis der seewasserausgesetzten Oberflächen in strömendem Seewasser. Aus
Figur 2 ist ersichtlich, daß das Mischpotential im ruhenden Seewasser in dem in
Figur 2 dargestellten Flächenbereich anodisch vorherrschend ist.
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Im strömenden Seewasser besteht gemäß Figur 3 eine Grenze an einem
Punkt, wo das Flächenverhältnis (Y/X) etwa 0,2 beträgt. Wenn das Flächenverhältnis
kleiner als dieser Grenzpunkt wird, fällt das Mischpotential gegen Null. Daraus
ist es für den Fall eines Wellenbüchsenschutzes durch eine Opferanode ersichtlich,
daß gute Schutzergebnisse erzielt werden können, wenn das Flächenverhältnis (Y/X)
nicht kleiner als o,2 ist. Figur 4 zeigt die Dichte des zwischen einem Büchsenglied
(Edelstahl mit großem Chromgehalt) und einer Aluminium-Opferanode fließenden Schutzstromes
bei einem Flächenverhältnis (Y/X) von o,2 im Fall von ruhendem und strömendem Seewasser.
Bei ruhendem Seewasser beträgt die Stromdichte o,o2 - 0,03 mA/cm2, während sie bei
strömendem Seewasser einen 2 Wert von 0,25 - 0,35 mA/cm annimmt. Daher wird das
notwendige Anodengewicht (W Kg) von der Schutzstromdichte in strömendem Seewasser
nach folgenden Gleichungen berechnet: I = 3 x S und W = LI/kQ,
wobei
I den erzeugten mittleren Strom (A), S die zu schützende Fläche (m2) der Büchse,
L die Anodenlebensdauer (Jahr), k den Ersatzkoeffizienten und Q die wirksame Größe
(A.Jahr/Kg) des erzeugten Stroms bedeuten. Wenn demnach die Anodenlebensdauer von
vier Jahren als Grundlage für eine periodische Überwachung angesehen wird, beträgt
die notwendige Menge an Aluminiumlegierung für die Opferanode 54 kg pro m2 der Büchse.
Im Fall von Opferanoden aus Aluminium, Zink und Zinklegierung kann die erforderliche
Menge in ähnlicher Weise berechnet werden.
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Wie es aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, sollte eine
beträchtliche vorgeschriebene Masse an Opferanode angebracht werden. In der Praxis
ist es im Hinblick auf die Lage, an der sich die Büchse befindet, und im Hinblick
auf den Raum für dieselbe schwierig, an der Büchse eine große Menge oder Masse an
Opferanode zu befestigen. Da es ferner häufig vorkommt, daß das Gehäuse für Reparaturzwecke
oder dergleichen in Richtung zur Seite der Schraube verschoben wird, kann der Raum
zwischen der Schraube und dem Gehäuse nicht vollständig zum Anbringen einer Anode
ausgenutzt werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf die Art der Anbringung der Opferanode.
Deshalb werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf Figuren
5 und 6 im einzelnen erläutert.
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Gemäß Figur 5 ist eine Vielzahl von Opferanoden-Blockgliedern 8 umfangsmäßig
am Flanschteil 3 der Büchse an der seewasserausgesetzten Seite mittels Schrauben
9 befestigt. Auf diese Weise können die Opferanoden-Blockglieder wirksam bzw. günstig
angeordnet werden. Außerdem ermöglicht die Anbringung mittels Schrauben ein leichtes
Austauschen bzw. Erneuern der Anoden.
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Figur 6 zeigt den Zustand, bei dem eine Büchse 3 mit einer auf den
Flanschteil befestigten Opferanode an einer vorderseitigen Stirnfläche eines Angusses
von einer Schraube 2 angebracht ist. Nach Figur 6 befindet sich zwischen der vorderseitigen
Stirnfläche des Angusses von der Schraube 2 und dem Flansch der Büchse 3, auf dem
die Opferanode 8 befestigt ist, eine Dichtungslage lo. Eine aus
einem
Isolator bestehende Hülse 12 ist in eine Öffnung einer Schraube 11 zum Anbringen
der Büchse eingesetzt. Eine Unterlegscheibe 13 besteht ebenfalls aus einem Isolator.
Demzufolge ist die Büchse elektrisch vollständig gegenüber der Schraube isoliert.
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Allerdings ist es nicht absolut erforderlich, daß die Büchse elektrisch
gegenüber der Schraube isoliert ist, und auch im unisolierten Fall lassen sich bestimmte
Wirkungen erzielen. Jedoch führt der isolierte Fall zu besseren Ergebnissen.
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Bei Anwendung eines Aufbaues der obigen Art werden nur Opferanoden
direkt an der Büchse angebracht, und die Korrosionsbeständigkeit kann verbessert
werden. Durch die erfindungsgemäßen Schutzmaßnahmen kann die Büchse einer Wellendichtung
wirksam gegen Korrosion geschützt werden. Ferner können Störungen, wie ein Eindringen
von Seewasser in eine Kammer, ein Leck in der Wellendichtung und Zerstörungen von
Dichtungsringgummi, leicht überwunden werden.
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- Patentansprüche -