DE3200221A1 - "fremdstromschutzanode" - Google Patents

Description

• Fremdstromschutzanode
• Die Erfindung betrifft eine Fremdstromschutzanode zur Anordnung in aggressiven Flüssigkeiten, wie Seewasser oder dergleichen, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, bestehend aus einem Anodenstab, welcher auf einem aktivierten Träger einen Uberzug aus hochwertigem Ventilmetall aufweist, sowie aus einer Anschlußarmatur zur Halterung des Anodenstabes, die in einer an einer Trageplatte vorgesehenen, vergossenen Anschlußkammer angeordnet ist.
• Aktivierte Anoden aus Titan, Niob und Tantal sind zum elektrischen Korrosionsschutz von Stahl und Eisen bzw.
• anderen Schwermetallen in korrosionsgefährdetem Wasser in weiten Anwendungsbereichen bekannt. Bei Großanlagen, beispielsweise Kühlwasserreinigungsanlagen für Kraftwerke, werden eine Vielzahl derartiger Anodenstäbe in der Umgebung der korrosionsgefährdeten Bauteile angeordnet und mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Dadurch tritt ein dem Korrosionsstrom von den zu schützenden Bauteilen entgegengerichteter Schutzgleichstrom auf, welcher eine Naterialabtragung an den Bauelementen verhindert.
• Die bekannten Ventilmetall-Anodenwerkstoffe, wie Titan, Niob und Tantal, wirken durch schwerlösliche Oxidhäute, die unter anodischer Polarisation den Ionenstrom in einem Elektrolyten bis zu einer Durchbruchspannung sperrens Wird diese Durchbruchspannung überschritten, so bricht der Strom durch die Oxidschicht, und der Anodenwerkstoff löst sich unter Ionenabgabe auf. Da im praktischen Gebrauch keine Aufzehrung der Anoden gewünscht wird, mu!s die Oberfläche der Anodenwerkstoffe so geschützt werden, daß ein relativ hoher Ionenstrom ohne Auflösung des Anodenmaterials abgegeben werden kann. Dieser Strom wird durch Umladungsprozesse von Ionen des Elektrolyten an der aktivierten Oberfläche der Anode hervorgerufen. Im Meerwasser und Süßwasser handelt es sich dabei um die Entladung und Freisetzung gasförmigen Chlors aus Chloriden und um gasförmigen Sauerstoff aus der Zersetzung von Wasser. Zur Aktivierung des Anodenwerkstoffes sind Beschichtungen aus Platin, Platinbeimetallen (mit Ausnahme von Palladium) oder halbleitenden Platinmetalloxiden und Unedelmetalloxiden bekannt. Besonders günstig erscheint die Aktivierung durch Platinierung, bei der die Anode elektrochemisch nahezu potentialstabilisiert wird, da- die Potentiale für die Freisetzung von Sauerstoff 1,23 Volt und für Chlorl,35 Volt gegenüber einer Normalwasserstoffelektrode in einem sauren Elektrolyten betragen. In er Praxis werden diese Spannungen nur bei hohen Stromdichten (verursacht durch die teilweise Beladung der Anodenfläche mit Gasen) oder kleiner Elektrolytleitfähigkeit stark überschritten.
• Die wichtigste Einsatzgrenze der aktivierten Ventilmetallanoden ist durch das Trägermetall gegeben. Selbst kleinste Korrosionsraten entstabilisieren die Schutzanode aus Aktivüberzug und unedlem Trägermetall, weil diese nur bei vollständiger Passivierung des Trägers stabil ist.
• Eine Korrosion des Trägermaterials an den Poren der Beschichtung führt zu einer Unterätzung und zum Abblättern der aktivierenden Schicht.
• Die bereits erwähnte Durchbruchspannung eines Trägermetalls bildet nicht unbedingt die zulässige Obergrenze des anwendbaren Anodenpotentials. Aus praktischen Gründen begrenzt die hestdurchbruchspannung die elektrische Belastbarkeit. Sie tritt dann auf, wenn nach einem vorangehenden Spannungsdurchbruch die teilweise aufgehobene Passivität des Trägermaterials das Anodenpotential senkt, bis eine erneute Passivierung eintritt. Durchbruchspannung und Restdurchbruchspannung sind von verschiedenen Material- und Umgebungseigenschaften abhängig. Vor allem gewinnen die Reinheit und der Gefügezustand des Trägermetalls und die Eigenschaften des umgebenden Elektrolyten Bedeutung. Metallische Verunreinigungen können die Durchbrucbspannung wesentlich senken.
• Reintitan als Anodenwerkstoff bat in einem ohloridischen Elektrolyten eine Durchbruchspannung von 8-10 Volt.
• Die Restdurchbruchspannnng liegt unter gleichen Voraussetzungen im Bereich von 5-8 Volt. Geringere lieinheitsgrade des Titan-Anodenwerkstoffes können Restdurchbruchspannungen von 2 Volt ergeben.
• Sofern zur Erreichung eines hinreichenden Schutzstromes eine höhere Spannung angelegt werden mu?, bieten platinierte Fremdstromschutzanoden besondere Vorteile, wenn ibr Träger aus einem hochwertigen Ventilmetall, vorzugsweise aus Niob, besteht. Mit solchen Fremdstromschutzanoden lassen sich hohe Durchbruchspannungen erzielen.
• Der Einsatz von Fremdstromschutzanoden, welche einen platinierten Träger aus Niob oder aus einem anderen hochwertigen Ventilmetall aufweisen, erfordert eine sparsame Verwendung des kostspieligen Metalls, und außerdem soll der Austausch der Anoden bei Beschädigung oder normalem Verschleiß leicht möglich sein.
• Bei einer vorbekannten Ausbildung sind die Anodenstäbe mit der Anschlußarmatur fest vergossen. Zum Austausch ist in diesem Falle ein Demontieren der gesamten Armatur mit Anschlußleitung und ein erneutes Vergießen erforderlich. Dies führt bei der Vielzahl der bei Großbauwerken angewendeten Fremdstromschutzanoden zu sehr wesentlichen Kosten.
• Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Fremdstroms chut zanode der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daS das hochwertige Trägermaterial sparsam verwendet und leicht, d.h. ohne Demontage der Anschlußarmatur und ohne Lösen des Leitungsanschlußes und der wandfesten Halterung ausgetauscht werden kann. Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, da die Anschlußarmatur ein aus der vergossenen Anschlußkammer herausragendes Anschlußstück aufweist, welches mit einer Ausnehmung zur Klemmbefestigung des Anodenstabes versehen ist, und da3. der Durchmesser der Ausnehmung dem größten Durchmesser des Anodenstabes entspricht. Dies ermöglicht einen günstigen Austausch des Anodenstabes und dessen einwandfreie gronflächige Kontaktierung in der Ausnehmung des Anschlußstückes. In einer besonders zweckmäßigen praktisch erprobten Ausbildung besteht das Anschlußstück aus Titan, der Träger aus Niob und der aktivierende Überzug aus Platin.
• Die lösbare Befestigung des Anodenstabes am Anschlußstück kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, wobei eine sichere Halterung und ein einwandfreier Stromdurchgang erreicht werden müssen. Dabei erscheint es vorteilhaft, in einem zylindrischen Anschlußstück die exzentrisch zur Mittelachse liegende Ausnehmung vorzusehen, welche als Klemmverbindungselement eine Klemmschraube aufweist, deren Gewinde in dem stärkeren ,iandteil des Anschlußstückes liegt. Die Klemmschraube kann vorteilhaft elne kegelförmige Spitze aufweisen, die in eine angepaßte kegelförmige Aussparung des Anodenstabes eingreift. Damit ergibt sich eine sichere halterung und eine günstige elektrische Verbindung mit geringem Übergangswiderstand Imine andere, gegebenenfalls günstige Ausbildung kann vorsehen, daß der Anodenstab einer eine entsprechend federelastische Steckverbindung in der Ausnebmung des Anschlußstücks gehalten ist. Schlie'lich kann der Anodenstab vorteilhaft auch in einer Muffenverbindung mit dem Anschlußstück verbunden sein.
• Der Anodenstab läßt sich massiv, unter Umständen zweckmäßig auch als Hohlkörper mit verkupptem freiem Ende oder als Verschleißhülse ausbilden. An einem Anschluß- stück können gegebenenfalls, vorteilhaft mit entsprechenden Befestigungselementen zwei oder mehrere Anodenstäbe angeordnet sein.
• Die Anwendung der beschriebenen Merkmale der Erfindung ergibt eine Fremdstromschutzanode, bei der der Anodenstab auch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ohne Demontage der Anschlußarmatur bzw. -ohne Ablösen der Trageplatte von den Wandteilen leicht ausgetauscht werden kann. Außerdem wird ein geringer Kontaktübergangswiderstand erzielt.
• In der Zeichnung Ist t ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.
• Zur Befestigung der Baueinheit dient eine Trageplatte 1 aus Isoliermateri 1, reiche zwei seitliche Wangenteile 2,3 aufweist. Zwischen diesen Wangenteilen 2,3 liegen Trennwände 4,5. Die 'irennw inde 4,5 bilden zusammen mit den entsprechenden Abschnitten der Wangenteile 2,3 eine mit Gießharz vergossene einseitig offene Anschlußkammer 6. In der Anschlußkammer 6 ist ein Anschlußstück 7 mit einer Anschlußarmatur 3 eingegossen, die mit einer elektrischen Zuleitung 9 in Verbindung steht.
• Das zylinderförmige Anschlußstück 7 ragt mit seinem freien Ende durch die Trennwand 5 aus der Anschlußkammer 6 heraus und weist eine exzentrisch zur Mittelachse liegende Ausnehmung lo auf, in die ein Anodenstab 11 ohne Umfangsverminderung eingesetzt ist. Die Halterung des Anodenstabes 11 erfolgt durch eine im stirkeren Wand teil des Anschlußstückes 7 eingesetzte Klemmschraube 12, deren kegelförmige Spitze 13 in eine entsprechend.angepaßte, kegelförmige Aussparung 14 des Anodenstabes 11 eingreift.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Anschlußstück 7 aus Titan; der Anodenstab 11 ist aus Niob als massives Trägermaterial mit Platinüberzug gestaltet.

Claims (7)

1. Ansprüche 1. Fremdstromscbutzanode zur Anordnung in aggressiven Flüssigkeiten, wie Seewasser oder dergleicben, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, bestehend aus einem Anodenstab, welcher auf einem aktivierten Träger einen Überzug aus hochwertigem Ventilmetall aufweist sowie aus einer Anschlußarmatur zur Halterung des Anodenstabes, die in einer an einer Trageplatte vorgesehenen vergossenen Anschlußkammer angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußarmatur (d) ein aus der vergossenen Anschlußkammer (6) herausragendes Anschlußstück (7) aufweist, welches mit einer Ausnebmung (10) zur Elemmbefestigung des Anodenstabes (11) verseben ist, und daß der Durcbmesser dieser Ausnehmung (10) dem größten Durchmesser des Anodenstabes (11) entspricht.
2. 2. Fremdstromschutzanode nach Anspruch 1, d a d u r c Üi gek e n n z e i c b n e t , daß das Anschlußstück (7) aus Titan, der Träger aus Niob und der aktivierende Uberzug des Anodenstabes (11) aus Platin bestehen.
3. 3. Fremdstromscbutzanode nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z e i c h n e t , daß in einem zylindrischen Anschlußstück (7) die exzentrisch zur Mittelachse liegende Ausnehmung (10) vorgesehen ist, welche als Klemmverbindungselement eine Klemmschraube (12) aufweist, deren Gewinde in dem stärkeren Wandteil des Anschlußstückes (7) liegt.
4. 4. Fremdstromscbutzanode nach Anspruch 3, d a d u r c b g e k e n n z e i c h n e t , da3 die Klemmschraube (12) eine kegelförmige Spitze (13) aufweist, die in eine angepaßte kegelförmige Aussparung (14) des Anodenstabes (11) eingreift.
5. 5. Fremdstromschutzanode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anodenstab (11) in einer federelastischen Steckverbindung mit dem Anschlußstück (7) verbunden ist.
6. 6. Fremdstromschutzanode nach Anspruch 1, d a d u r c b g e k e n n z e i c h n e t , daS der Anodenstab (11) in einer Muffenverbindung mit dem Anschlußstück (7) verbunden ist.
7. 7. Fremdstromschutzanode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , da0. an einem Anschlu3-stück (7) mehrere Anodenstäbe (11) gebaltert sind.