Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzes

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzes für metallische, mit einem Elektrolyten (2) in Berührung stehende Flächen (1), mit Fremdstrom unter Verwendung einer inerten Elektrode (14) als Fremdstromanode und eines Potentiostaten (3), soll eine sehr gute Messung des Schutzpotentiostaten (3) einerseits und andererseits eine optimale Regelung des Schutzstromes möglich sein, wobei eine störanfällige Bezugselektrode gänzlich vermieden werden soll. Dies geschieht in der Weise, daß periodisch der Schutzstrom abschaltet und das vorhandene Potential (E_lst) direkt zwischen der in dieser Phase als Bezugselektrode wirkenden Fremdstromanode (14) und der zu schützenden Oberfläche (1) gemessen und mit dem am Potentiostaten (3) eingestellten Schutzpotential (E_soll) verglichen wird und die Differenz (E_ist - Eson! direkt als Regelgröße für den Schutzstrom herangezogen wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält einen Netzteil (16) mit Transformator und Gleichrichter, einen Sollspannungsgeber (3) zur Einstellung des Schutzpotentials, einen Trennverstärker (5) und elektronischen Doppelschalter (8) mit Steuerelement (11) sowie einen Integrator (10) und einen Stromverstärker (12).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzes für metallische, mit einem Elektrolyten in Berührung stehende Flächen mit Fremdstrom, unter Verwendung einer inerten Elektrode als Fremdstromanode und eines Potentiostaten.

[0002] Um einen optimalen Korrosionsschutz zu erreichen, sind schon eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, wobei die einfachste und seit langem bekannte Möglichkeit in der Verwendung von sogenannten Opferanoden besteht, die aus einem gegenüber dem zu schützenden Metall sehr viel unedleren Metall bestehen und mit diesem zusammen kurzgeschlossen sind, so daß in Verbindung mit dem Elektrolyten ein galvanisches Element entsteht, von dem ein gewisser Schutzstrom erzeugbar ist. Ein verbesserter Korrosionsschutz läßt sich durch das Anlegen eines Fremdstromes erreichen. Um hierbei Änderungen am zu schützenden Gegenstand miterfassen zu können, ist esbekannt, das Schutzpotential mittels einer Bezugselektrode zu messen und mit Hilfe eines Potentiostaten konstant zu halten.

[0003] Bei derartigen Messungen wird aber aufgrund des elektrischen Feldes und eines endlichen Abstandes der Bezugselektrode von der zu schützenden Wand ein Anteil, die sogenannte Widerstandspolarisation bzw. der IR-Anteil, mitgemessen, was zu Verfälschungen führen kann, die die Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzes, je nach Einsatzbereich, in Frage stellen können.

[0004] Um diese Widerstandspolarisation zu unterdrücken, ist vom Erfinder in einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung vorgeschlagen worden, die Bezugselektrode, vereinfacht ausgedrückt, mit einer Art Faraday'schen Käfig abzuschirmen, so daß eine kontinuierliche IR-freie Messung möglich ist.

[0005] Diese bekannte Art der Messung mit einer abgeschirmten Bezugselektrode und Regelung mit einem Potentiostaten ermöglicht einen sehr guten Korrosionsschutz, jedoch wird dabei nach wie vor eine Bezugselektrode angewandt, die im Gesamtsystem das empfindlichste Bauteil darstellt, mit der geringsten Lebensdauer und der größten Störanfälligkeit.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mitder eine sehr gute Messung des Schutzpotentiales einerseits und andererseits eine optimale Regelung des Schutzstromes möglich ist, wobei eine störanfällige Bezugselektrode gänzlich vermieden wird.

[0007] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß periodisch der Schutzstrom abschaltet und das vorhandene Potential direkt zwischen der in dieser Phase als Bezugselektrode wirkenden Fremdstromanode und der zu schützenden Oberfläche gemessen und mit dem am Potentiostaten eingestellten Schutzpotential verglichen wird und die Differenz direkt als Regelgröße für den Schutzstrom herangezogen wird.

[0008] Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird eine Bezugselektrode vollständig vermieden. Dies ist dadurch möglich , da die hier Verwendung findenden inerten Elektroden durch die Entwicklung von Sauerstoff während der Polarisation, der die Oberfläche belegt, wobei diese Sauerstoffbelegung.nach Abschalten des Schutzstromes noch eine gewisse Zeit erhalten bleibt, in diesem Zustand ein charakteristisches Potential aufweisen. Dieses Potential entspricht demjenigen einer Sauerstoffelektrode, so daß mit Hflf-e dieses definierten Potentiales eine exakte Messung möglich ist. Auch ergibt sich durch diese Abschaltmessung, daß durch sofortiges Verschwinden des störenden ohm'schen Spannungsabfalles nach dem Abschalten das IR-freie Potential gemessen wird.

[0009] Für den Korrosionsschutz selbst ist die intervallartige Abschaltung des Schutzstromes unschädlich, weil hier an den zu schützenden Flächen durch Vorpolarisation das Schutzpotential ebenfalls eine gewisse Zeit-nach dem Abschalten bestehen bleibt, da die für die Korrosion verantwortlichen Vorgänge vergleichsweise träge ablaufen.

[0010] In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß während der Schutzstromabschaltphase eine Regelabweichung mehrfach aufintegriert und die integrierte Spannung den Schutzstrom während der folgenden Schutzstromphase steuert. Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, den Schutzstrom sehr genau einzustellen und konstant zu halten, wobei aufgrund eines weiteren Merkmales der ERfindung, welches darin besteht, daß die Schutzstromabschaltphase um ein vielfaches kleiner als die Schutzstromphase gehalten wird, erreichbar ist, daß die Vorteile einer praktisch stetigen Schutzstrombeaufschlagung auf der zu schützenden Oberfläche beibehalten werden.

[0011] In weiterer Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schutzstromphase im Bereich etwa einer halben Millisekunde liegt, was für die hier in Rede stehenden elektrochemischen Vrgänge bedeutet, daß das Schutzpotential immer aufrechterhalten bleibt.

[0012] Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise sind Zustandsänderungen im System sehr rasch kompensierbar, so daß ein optimaler Korrosionsschutz erreich-bar ist.

[0013] Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich nach der Erfindung durch einen Netzteil mit Transformator und Gleichrichter, einen Sσllspannungsgeber zur Einstellung des Schutzpotentiales, einen Trennverstärker und elektronischen Doppelschalter mit Steuelement sowie einen Integrator und einen Stromverstärker aus, wobei die Elemente in schaltungsmäßiger Verbindung mit der zu schützenden Oberfläche und einer die Doppelfunktion als Fremdstromanode und Bezugselektrode ausübenden Elektrode stehen. Diese Vorrichtung stellt eine besonders zweckmäßige Art dar, das erfindungsgemäße Verfahren zu verwirklichen, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Vorrichtung beschränkt.

[0014] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung,

Fig. 2 ein Spannungs/Zeitdiagramm und in

Fig. 3 ein Strom/Zeitdiagramm.

[0015] Wie sich aus Fig. 1 ergibt, steht die zu schützende Oberfläche 1 in Kontakt mit einem Elektrolyten 2, beispielsweise Meerwasser bei einem Schiffsrumpf oder Haushaltswasser bei einem Warmwasserboiler o. dgl. Die zu schützende Oberfläche 1 ist mit einem Sollspannungsgeber 3 verbunden, mit dem das Schutzpotential E_soll eingestellt werden kann.

[0016] über die Leitung 4 ist der Sollspannungsgeber 3 mit einem Trennverstärker 5 verbunden, dessen einer Ausgang 6 den einen Teil 7 eines Doppelschalters 8 beaufschlagt. Der andere Teil des Doppelschalters 8 ist mit 9 bezeichnet. Zwischen den beiden Teilen 7 und 9 des Doppelschalters 8 liegt ein Integrator 10.

[0017] Der Doppelschalter 8 wird, wie sich aus Fig. 1 ergibt, von einem Steuerelement 11 betätigt, welches einmal einen Zeitgeber umfaßt und die Funktionen "Ein/Aus" ausübt. Hinter den Teil 9 des Doppelschalters 8 ist ein Stromverstärker 12 geschaltet, dessen einer Ausgang über die Leitung 13 mit einer im Elektrolyten 2 eintauchenden Elektrode 14 verbunden ist. Die Elektrode 14 ihrerseits ist auch über eine Leitung 15 mit dem Trennverstärker 5 verbunden.

[0018] Die zur Regelung und zur Aufrechterhaltung des Schutzpotentiales notwendige Energie erhält das System durch ein andeutungsweise wiedergegebenes Netzteil 16, dessen Ein-und Ausgänge mit den entsprechenden Spannungsbezeichnungen, die denen der Ein- und Ausgänge des Schutzsystemes entsprechen, bezeichnet sind.

[0019] Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist die folgende: Während des vom Steuerelement 11 bestimmten Potentialintervalles wird durch den Schalter 8 der als Stromverstärker dienende Transistor 7 abgekoppelt und das Potential Eist zwischen der in diesem Schaltzustand als Bezugselektrode wirkenden Elektrode 14 und der zu schützenden Oberfläche 1 verglichen, wobei die zu schützende Oberfläche auf Masse liegt. Eine ggf. vorhandene Regelabweichung (E_ist - E_soll ) wird vom Integrator 10 im Potentialintervall mehrfach aufintegriert und zwar jeweils in einer Zeitspanne, die noch wesentlich kleiner ist, als das Potentialintervall selbst. Diese integrierte Spannung steuert im vom Steuerelement 11 bestimmten Stromintervall den Schutzstrom, der zwischen der in dieser Phase als Fremdstromanode wirkenden Elektrode 14 und der zu schützenden Oberfläche 1 fließt.

[0020] Dieser Vorgang wird periodisch wiederholt. Im Falle einer Regelabweichung wird der Schutzstrom entsprechend verändert, ist die Regelabweichung null, so bleibt der Schutzstrom konstant.

[0021] In den Fig. 2 und 3 sind Ergebnisse eines Versuches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgetragen. Zum Versuch wurde eine Elektrode aus platiniertem Titan benutzt, die zu schützende Oberfläche war die eines Eisengegenstandes. Als Elektrolyt wurde Wasser mit einer Leitfähigkeit von 110 µS cm^-1 verwendet. Bei diesem Versuch wurde eine Sollspannung E_soll = 2300 mV zwischen der Elektrode und dem Eisen eingestellt. Das Potentialintervall dauerte beim Versuch ca. 40 us. Das Stromintervall dauerte 400 us. Die sich aus den Figuren ergebende Differenz zwischen den Potentialwerten im Strom- und Potentialintervall entspricht dem ohm'schen Spannungsabfall, der im Falle des Versuches Δ U = 200 mV ergab.

[0022] Das beim Versuch benutzte Eisenstück wies auch nach längerer Versuchsdauer keine Spuren von Korrosion auf.

[0023] Natürlich it das beschriebene Ausführungsbeispiel in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So können statt der dargestellten Schaltung und der dort funktional verbundenen Bauelemente auch andere Teile verwendet werden. Als zu schützende Oberfläche kommen alle der Korrosion unterworfenen Oberflächen in Frage, die ggf. auch nur zeitweise einem Elektrolyten ausgesetzt sind, beispielsweise Metalldächer bei Regen oder Schnee, Leitungsrohre, die dem Meerwasser, dem Grundwasser oder anderen Wässern ausgesetzt sind, Warmwasserboiler, Vorratskessel o. dgl.

Ansprüche

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzes für metallische, mit einem Elektrolyten in Berührung stehende Flächen, mit Fremdstrom unter Verwendung einer inerten Elektrode als Fremdstromanode und eines Potentiostaten, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch der Schutzstrom abschaltet und das vorhandene Potential (E_ist) direkt zwischen der in dieser Phase als Bezugselektrode wirkenden Fremdstromanode und der zu schützenden Oberfläche gemessen und mit dem am Potentiostaten eingestellten Schutzpotential (E_soll) verglichen wird und die Differenz (E_ist - E_soll) direkt als Regelgröße für den Schutzstrom herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Schutzstromabschaltphase eine Regelabweichung mehrfach aufintegriert und die integrierte Spannung den Schutzstrom während der folgenden Schutzstromphase steuert.

3. Verfahren nach den Ansprüchen -1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstromabschaltphase um ein vielfaches kleiner als die Schutzstromphase gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstromphase im Bereich etwa einer halben Millisekunde liegt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Netzteil (16) mit Transformator und Gleichrichter, einen Sollspannungsgeber (3) zur Einstellung des Schutzpotentials (E_soll), einen Trennverstärker (5) und elektronischen Doppelschalter (8) mit Steuerelement (11) sowie einen Integrator (10) und einen Stromverstärker (12), wobei die Elemente in schaltungsmäßiger Verbindung mit der zu schützenden Oberfläche (1) und einer die Doppelfunktion als Fremdstromanode und Bezugselektrode ausübenden Elektrode (14) stehen.

Zeichnung