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Anordnung zum Schutz metallischer Bauteile gegen den Korrosions-Angriff
feuchter oder flüssiger Stoffe Es ist bekannt, daß bei metallischen Bauteilen, die
der Feuchtigkeit, z. B. im Erdreich, ausgesetzt sind, durch Irrströme, beispielsweise
aus elektrischen Netzen, besonders als Folge von Straßenbahnbetrieb od. dgl., schwere
Korrosionsschäden angerichtet werden können. Darüber hinaus kann heute als erwiesen
gelten, daß die Korrosion der Metalle in flüssigen Angriffsmitteln überhaupt sich
grundsätzlich auf elektrochemischem Wege vollzieht. Dementsprechend sind verschiedene
Maßnahmen bekanntgeworden, um die Korrosion an metallischen Bauteilen, z. B. in
Wasser oder in feuchtem Erdreich, durch Vorkehrungen elektrotechnischer Art herabzusetzen
oder zu verhindern.
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Für die Abwehr korrodierender Irrströme aus fremden elektrischen Stromquellen
wurde schon frühzeitig empfohlen, die zu schützenden Bauteile, beispiellsweise ein
im Erdreich verlegtes Rohrnetz. über besondere Erdungsplatten an mehreren Stellen
mit dem Erdreich elektrisch zu verbinden. Tatsächlich konnte durch solche Maßnahmen,
die als elektrische Drainage bezeichnet werden, in einzelnen Fällen das Auftreten
von Korrosionsschäden beträchtlich vermindert werden. In anderen Fällen wurde jedoch
beobachtet, daß gerade über die Erdverbindungen Irrströme in das zu schützende Bauteil
eintraten und dieses an anderer Stelle wieder verließen, wobei an den Austrittsstellen
erhebliche Anfressungen entstanden.
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Man hat, um diesem Nachteil der üblichen Drainage vorzubeugen, in
manchen Fällen in die Erdleitung automatisch wirkende Schalter oder
Gleichrichter
eingesetzt, die einen Stromflüß -aus der Erde zu dem zu schützenden Bauteil verhindern
sollten. Die Schutzwirkung ist aber auch in diesem Fall nur auf die engere .Umgebung
der Erdplatte begrenzt. " -Man hat auch versucht, durch über die Rohre gelegte und
gegen diese isolierte metallisch leitende' Hüllen, z. B. durch übergezogene Schutzrohre
öder durch in Bitumenmasse eingelegte Metallbänder, Fremdströme von den zu schützenden
Bauteiien-abzuhalten. Derartige Maßnahmen sind nur geeignet, Irrströme abzufangen.
Sie bieten jedoch keinen Schutz gegen die korrodierende Wirkung von Lokalelementen,
ja sie sind unter Umständen sogar geeignet, derartige Wirkungen zu verstärken. Es
ist nämlich in der Praxis außerordentlich schwierig, eine gleichmäßige Isolierung-
derartiger Metallschirme über größere Strecken zu erzielen, so daß an Poren, Spalten
und Rissen Elementwirkungen zwischen Schutzhülle und zu schützendem Bauteil unvermeidlich
sind. Auch Korrosionswirkungen infolge einer durch äußere Stromquellen bewirkten
anodischen Polarisation des Rohres gegen das umgebende Medium werden nicht unterbunden,
ja sogar verstärkt.
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Als eine weitere Maßnalitne zur Abwehr von Irrströmen wurde in neuerer
Zeit die Anwendung elektrisch leitender Schutzüberzüge aus möglichst unangreifbaren,
passiven Stoffen auf den zu schützendenBauteilen empfohlen. Der Übergang des Stromes
vom feuchten Medium, z. B. dem Erdreich, auf das Bauteil und umgekehrt findet dann
nicht unmittelbar an der Metallfläche statt, so daß eine Korrosionswirkung vermieden
wird. Tatsächlich verspricht diese Maßnahme einen sehr guten Schutz gegen elektrochemische
Einflüsse fremder Stromquellen. Sie ist jedoch im Hinblick auf galvanische Wirkung
zwischen Bauteil und Erdreich nicht unbedenklich, sobald der leitende Schutzüberzug
das zu schützende Bauteil nicht vollständig und absolut dicht umschließt. An allen
Lücken des Überzugs, z. B. an praktisch unvermeidlichen Poren oder kleinen Verletzungen,
an denen das angreifende Medium unmittelbar mit dem Metall in Verbindung kommt,
ist mit einem verstärkten Korrosions-Angriff zu rechnen, der zu den gefürchteten
punktförmigen Anfressungen führt. Dies erklärt sich dadurch, daß der elektrisch
leitende und elektrochemisch passive Überzug ein edleres Potential gegenüber dem
angreifenden Medium annimmt als das Metall.und deshalb mit seiner ganzen Fläche
als Kathode wirkt. Es muß also an jeder Pore mit sehr beträchtlichen galvanischen
Lokalströmen gerechnet werden. Das Verfahren gewährt deshalb nicht nur keinen vollkommenen
Korrosionsschutz, sondern erhöht ähnlich einem Überzug aus einem edlen Metall, z.
B. einem Kupferüberzug auf Eisen, die Korrosionsgefahr an allen Leckstellen des
Überzugs.
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Um nicht nur den Angriff von Irrströmen aus fremden Stromquellen abzuwehren,
sondern auch alle galvanischen Lokalströme und damit praktisch jeden Korrosions-Angriff
zu unterbinden, wird deshalb bei dem bekannten Verfahren des katholischen Rostschutzes
durch Anwendung von Schutzplatten aus unedlen Metallen, wie z. B. Zink, oder durch
besondere Stromquellen (Dynamomaschinen oder netzgespeiste Gleichrichter) in den
Verbindungsleitungen zwischen dem zu schützenden Bauteil und besonderen Elektroden
(Anoden) in dem angreifenden Medium eine katholische Polarisierung des Bauteils
erzwungen.
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In Fig. i ist eine schematische Darstellung einer derartigen Anordnung
an einer Rohrleitung wiedergegeben. Es bedeutet i die zu schützende Rohrleitung,
die in feuchtem Erdreich verlegt sein mag. Mit z ist eine in der Nähe der Leitung
eingegrabene Elektrode bezeichnet, die mit Hilfe der über die Netzzuleitung 3 gespeisten
Gleichrichterschaltung .4 anodisch gegen i gepolt wird.
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Durch die -beschriebene, bekannte Anordnung wird tatsächlich gute
Schutzwirkung erzielt. Da jedoch für die Aufrechterhaltung des katholischen Potentials
am Bauteil unter Umständen beträchtliche :Ströme aufgewendet werden müssen, besteht
hier die Gefahr einer ungünstigen Beeinflussung fremder Bauteile durch die zwischen
Anoden und Werkstück fließenden Schutzströme, insbesondere wenn das zu schützende
Bauteil, wie z. B. ein Rohrstrang, sich über größere Gebiete erstreckt.
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In Fig. i wird z. B. durch die Pfeile 5 der Verlauf der Schutzströme
angedeutet. Befindet sich in der Umgebung der zu schützenden Leitung eine fremde
Rohrleitung 6, wie gestrichelt gezeichnet, so kann leicht der Fall eintreten, daß
ein Teil des Schutzstromes durch diese fremde Leitung verläuft, wie durch Pfeile
angedeutet, und an seinen Austrittsstellen Anfressungen verursacht. Das Verfahren
ist in seiner Anwendung deshalb praktisch auf verhältnismäßig unbewohnte Gegenden
beschränkt.
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Fig.2 zeigt eine Anordnung, bei der das zu schützende Bauteil i, das
zweckmäßig mit einem isolierenden Überzug versehen ist, durch einen oder mehrere
miteinander verbundene, elektrisch leitende Schirme 7 in kleinerem oder größerem
Abstand derart umgeben wird, daß keine Irrströme in den abgeschirmten Raum zum Bauteil
dringen können. Durch derartige leitende Schirme sollen alle in dem das Bauteils
umgebenden Medium fließenden Irrströme aus fremden Stromquellen aufgefangen und
ausgeglichen werden. Bei geeigneter Anordnung der Schirme kann erreicht werden,
daß sich eine Äquipotentialfläche als eine Art Faradayscher Käfig um das zu schützende
Teil bildet, so daß dieses den elektrischen Einflüssen von außen weitgehend entzogen
ist. Die an sich bekannte Anordnung derartiger gegen das zu schützende Bauwerk isolierter,
leitender Schirme hat dabei gegenüber der ebenfalls bekannten Verwendung eines leitenden
Überzugs unmittelbar auf dem zu schützenden Bauteil den Vorzug, daß ein Ausgleich
galvanischer Spannungen zwischen dem Bauteil und dem umgebenden Medium, z. B. dem
Erdreich, über die leitenden Schirme bei einwandfreier Isolierung nicht eintreten
sollte. Es kann jedoch unter Umständen vorkommen, daß das zu schützende Bauteil
von einer äußeren Stromquelle gegen das umgebende Medium anodisch
polarisiert
wird. Es genügen dann kleine, praktisch unvermeidliche Verletzungen der Isolierung
zwischen Bauteil und Schirm, um zu den gefürchteten punktförmigen Anfressungen des
ersteren zu führen. Der vom Bauteil isolierte Metallschirm kann diese zerstörenden
Stromübergänge nicht verhüten und wird sie vielmehr durch Verbesserung des Stromübergangs
zum umgebenden 1ledium meist nicht unerheblich verstärken.
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Erfindungsgemäß werden deshalb die Schirme über selbsttätig wirkende
Schalter, elektrische Ventile oder vorzugsweise Trockengleichrichterelemente mit
den zu schützenden Bauteilen derart verbunden, daß alle positiven Aufladungen des
Bauteils von diesem über die Schirme abfließen können, während die umgekehrte Stromrichtung
gesperrt ist.
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Fig. 2- gibt eine schematische Darstellung einer derartigen Anordnung
zum Schutze einer Rohrleitung. Die um das zu schützende Bauteil i angeordneten Schutzschirme
; sind untereinander durch eine Ausgleichsleitung S verbunden. Die gestrichelten
Pfeile 9 sollen darstellen, wie die vagabundierenden Ströme im Erdreich verlaufen,
solange noch keine Schutzschirme angewandt sind. Dabei muß an den Austrittsstellen
dieser Ströme aus der Rohrleitung mit Anfressungen gerechnet werden. Durch Anordnung
der Schirme 7 wird der Strom abgelenkt, wie durch Pfeile 13 angedeutet, von den
Schirmen aufgenommen und nach Durchströmen der Ausgleichsleitung ä wieder abgegeben,
so daß das zu schützende Bauteil nicht durchflossn wird. Erfindungsgemäß wird nun,
wie in Fig. z angedeutet, zwischen Bauteil i und Schirm 7, zweckmäßig unter Benutzung
der Verbindungsleitung 8 ein Gleichrichterelement io mit der Durchlaßrichtung gemäß
Pfeil i i eingeschaltet. Damit können auch Fremdströme, die von außen, z. B. über
eine ungeschützte Zweigleitung 12, in das Bauteil i eintreten, über den Gleichrichter
io, die Ausgleichsleitung 8 und die Schirme 7 zum Erdboden gelangen, ohne Korrosion
am Bauteil zu bewirken. Die dem Pfeil i i entgegengesetzte Stromrichtung ist jedoch
durch den Gleichrichter gesperrt. Der galvanische Stromkreis von der unedlen anodischen
Oberfläche des Rohres i über die Erde zu den passiven kathodischen Schirmen bleibt
also unterbrochen.
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In der geschilderten Form bietet das neue Verfahren noch keinen Schutz
gegen galvanische Lokalströme, die zwischen einzelnen Stellen der Oberfläche des
geschützten Bauteils sich über das angreifendeMedium ausgleichen und so zuKorrosionserscheinungen
führen können. Um auch derartige Korrosionswirkungen zu unterbinden, werden erfindungsgemäß
die elektrisch leitenden Schirme 7 durch eine Stromquelle, z. B. ein galvanisches
Element, eine Dvilamomaschine oder einen netzgespeisten Gleichrichter, auf ein positives
Potential gegenüber dem zu schützenden Bauteil aufgeladen. Man erhält so eine außerordentlich
wirksame Ausführungsform des kathodischen Rostschutzes, bei der infolge der günstigen
Anordnung der Anoden mit verhältnismäßig kleinen Schutzströmen gearbeitet werden
kann, so daß die Gefahr einer Beintrüchtigung fremder Bauteile in der Umgebung @veitgehend
herabgesetzt wird, Eine besonders einfache Ausführung des Erfindungsgedankens ergibt
sich in der Weise, daß die elektrischen Schirme in an sich bekannter Weise z. B.
in Form eines elektrisch leitenden Überzugs bzw. leitender Folien und/oder Gitternetze
unmittelbar auf einer auf das Bauteil aufgebrachten elektrisch isolierenden Schutzschicht
angeordnet sind. Der Aufwand an elektrischer Energie für Schutzströme und die Gefahr
einer Beeinträchtigung benachbarter Bauteile wird hierbei auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Außer den bereits geschilderten Vörzügen ergibt sich bei dieser Anordnung gegenüber
der bekannten Anwendung einer leitenden Schutzschicht unmittelbar auf dem zu schützenden
Bauteil der besondere Vorteil, daß nunmehr die isolierende Grundschicht ausschließlich
mit Rücksicht auf möglichst vollkommenen Abschluß des Bauteils gegen das umgebende
Medium, also z. B. mit möglichst günstigen elastischen Eigenschaften, beispielsweise
aus hochwertigem Bitumen, aufgebaut werden kann, während bei dem leitenden Überzug
lediglich gute elektrische Leitfähigkeit und zuverlässig passives Verhalten gegenüber
dem umgebenden Medium angestrebt werden muß. Bei der bekannten Anwendung einer leitenden
Deckschicht unmittelbar auf dem Werkstück bereitet demgegenüber die Vereinigung
aller der erwähnten Eigenschaften in einem einzigen Werkstoff erfahrungsgemäß große
Schwierigkeiten. In schwierigen Fällen empfiehlt es sich -unter -Umständen, die
auf - dein isolierten Bauteil aufgebrachten elektrisch leitenden Schutzschirme auch
gegen den angreifenden flüssigen oder feuchten Stoff, z. B. gegen das Erdreich,
in an sich bekannter Weise durch einen geeigneten Überzug elektrisch zu isolieren.
Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß das Bauteil, das in der üblichen Weise
mit einer isolierenden Schicht überzogen wurde, im weiteren mit einem in eine isolierende
Masse eingebetteten Drahtgewebe umgeben wird. Schutzströme aus den anodisch polarisierten
Drahtgeweben treten dann stets an solchen Stellen auf, an denen der Schutzüberzug
durch irgendwelche Einwirkungen schadhaft geworden ist. Das Potentialprofil des
umgebenden Mediums, z. B. des Erdreichs, wird in diesem Falle überhaupt nicht beeinflußt,
so daß eine Beschädigung benachbarter Bauteile ausgeschlossen bleibt. Außerdem wird
der Strombedarf aufs Äußerste herabgesetzt.
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Die beschriebenen Anordnungen ermöglichen außerdem eine wirksame elektrische
Überwachung des Zustandes des gesamten Schutzüberzugs, da jede Verletzung des Schutzüberzugs
durch eine Zunahme der Schutzströme erkennbar wird. Um diese Überwachung möglichst
vorteilhaft zu gestalten, empfiehlt es sich erfindungsgemäß, die uni das zu schützende
Bauteil angeordneten Schirme in einzelne Abschnitte zu unterteilen und sie über
besondere Leitungen elektrisch miteinander zu verbinden, wobei in diesen Leitungen
lösbar Verbindungsstellen eingesetzt werden, derart, daß Strom, Spannung und Widerstand
der einzelnen
Schirmabschnitte gegen das Bauteil durch Zwischenschaltung
geeigneter Instrumente überprüft werden können.
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Bei Schutzschirmen, die gegen das umgebende Medium, z. B. das Erdreich,
nicht isoliert sind und die deshalb unter Umständen beträchtliche Irrströme von
außen aufnehmen und ausgleichen müssen, wird es ohnedies notwendig sein, eine besondere
Ausgleichsleitung vorzunehmen, die an mehreren Stellen mit den Schirmen verbunden
ist. Es ist also in diesem Falle nur notwendig, die Schirme in Abschnitte zu unterteilen,
um Fehler jederzeit einwandfrei erkennen und lokalisieren zu können.
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In Fig. 3 ist wieder mit i das zu schützende Bauteil, in diesem Falle
ein Behälter, bezeichnet, der mit einer isolierenden Schutzschicht 15 überzogen
ist. Auf der Schicht 15 sind, in einzelne Abschnitte unterteilt, leitende Schirme,
z. B. in leitende Masse eingebettete Metallnetze 16, aufgebracht, die untereinander
über eine Ausgleichsleitung 8 in Verbindung stehen. In die Verbindungsleitungen
zwischen Ausgleichsteitung und Schirmabschnitte sind Kontaktstellen 17 zum
Einschalten von Meßinstrumenten vorgesehen. Mit 18, ist ein von Netz i9 gespeister
Gleichrichter bezeichnet, der die Schirme über die Ausgleichsleitung 8 auf anodisches
Potential gegen das Bauteil bringt. An einem der Schirme ist außerdem eine äußere
Isolierschicht zo zwischen Schirm und angreifendem Medium angedeutet.