DE1253011B - Vorrichtung zum Schutz gegen elektrolytische Korrosion - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

C23f

Deutsche Kl.: 48 dl -13/00

Nummer: 1 253 011

Aktenzeichen: F 34009 VI b/48 dl

Anmeldetag: 25. Mai 1961

Auslegetag: 26. Oktober 1967

Es ist bekannt, metallische Werkstoffe durch kathodische oder anodische Polarisation gegen Korrosion in Elektrolyten, wie z. B. wäßrigen Lösungen von Salzen, Säuren oder Laugen, zu schützen. Art und Stärke der anzuwendenden Polarisation bzw. des dafür erforderliehen Schutzstroms richten sich sowohl nach der Art des Angriffsmittels (chemische Zusammensetzung, Temperatur u. a.) als auch der des Werkstoffes (chemische Zusammensetzung, Oberflächenzustand u. a.). Die Polarisation wird durch elektrisch leitende Verbindung des zu schützenden Objekts mit einer Elektrode herbeigeführt, die entweder durch Elementbildung selbst Strom liefert oder mit einer äußeren Stromquelle verbunden ist, während der zweite Pol der Stromquelle an das zu schützende Objekt gelegt wird.

Beim Innenschutz von Behältern, Rohrleitungen u. a. werden diese Elektroden gewöhnlich in Form von Stäben oder Barren angewendet und so angeordnet, daß die zu schützenden Oberflächen möglichst gleichmäßige Stromdichte erhalten, da hiervon die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit des Korrosionsschutzes abhängt. Diese gleichmäßige Verteilung des Stromflusses ist allerdings schon bei verhältnismäßig einfachen Formen, wie z. B. rechteckigen Behältern, recht problematisch und wird durch innen angebrachte Einbauten, wie z. B. Rohrschlangen, noch erschwert. Besonders schwierig ist sie in engen Spalten, wie sie z. B. bei Pumpengehäusen vorliegen, durchzuführen, zumal die z. B. stabförmigen Elektroden durch entsprechende Bohrungen des Gehäuses eingeführt werden müssen, was nicht unerhebliche Abdichtungs- und Tsolationsschwierigkeiten verursacht.

Es wurde nun gefunden, daß man die Innenflächen von Rührbehältern, Kreisel- oder Kolbenpumpen, Schneckenpressen u. dgl. zum Zweck des Korrosionsschutzes zweckmäßig in der Weise kathodisch oder anodisch polarisieren kann, daß man den Läufer (Rührer, Pumpenrad oder Kolben, Schnecke u. dgl.) als Gegenelektrode zum Gehäuse verwendet bzw. ausbildet. Da der Läufer der Form des Gehäuses weitgehend angepaßt ist und noch dazu durch seine Bewegungen im Betrieb alle Oberflächenteile des Gehäuses nahezu gleichmäßig bestreicht, wird eine viel gleichmäßigere Stromverteilung erreicht, als sie durch die Einführung punkt- oder stabförmiger Elektroden möglich wäre.

Es sind bereits Versuche beschrieben, bei denen im Hinblick auf den äußeren kathodischen Korrosionsschutz von Schiffen der Einfluß des Anströmens des Meerwassers auf die Stromstärke an rotierenden Elektroden, wie Scheiben aus Eisen, Zink bzw. Bronze, Vorrichtung zum Schutz gegen elektrolytische
Korrosion

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,

Leverkusen

Als Erfinder benannt:

Dr. Helmut Weissbach,

Maleck über Emmendingen;

Dipl.-Ing. Siegfried Neidhardt,

Dipl.-Ing. Ferdinand Mersch, Leverkusen

geprüft wurde. Bei diesen Versuchen diente die Bewegung der Elektroden lediglich zur Nachahmung der Fließgeschwindigkeit des Wasser am Schiffskörper und nicht zur Vergleichmäßigung des Stromflusses auf alle Oberflächenteile im Innern von Apparaten, der von dem von der Gehäusewand durch den Elektrolyten getrennten Läufer zur Gehäusewand vor sich geht.

Der Erfindungsgedanke kann in verschiedener Weise verwirklicht werden. In Fällen geringer Korrosion ist es unter Umständen möglich, das Gehäuse dadurch kathodisch zu schützen, daß man den Läufer ganz oder teilweise aus einem weniger edlen metallischen Werkstoff herstellt als das Gehäuse. Dabei muß sichergestellt sein, daß der Läufer z. B. über Welle und Lager in stromleitender Verbindung mit dem Gehäuse steht, damit der elektrolytische Schutzstrom von diesem zum Läufer fließen kann. Während das Gehäuse nicht korrodiert wird, findet eine allmähliche Abzehrung des Läufers statt, der infolgedessen nach einer gewissen Zeit ausgewechselt werden muß, bevor er seine Funktionsfähigkeit verliert. Da es sich aber um einen verhältnismäßig kleinen und einfach gestalteten Körper handelt, ist dieser zeitweilige Ersatz des Läufers weitaus weniger kostspielig als der sonst erforderliche Ersatz der ganzen Pumpe. Übrigens ist es grundsätzlich auch möglich, nur auswechselbare Teile des Läufers aus dem als »Opferanode« dienenden Werkstoff anzubringen und den übrigen Läufer aus dem gleichen Werkstoff wie das Gehäuse oder z. B. aus Kunststoff zu fertigen.

In den meisten Fällen wird es vorteilhafter sein, die Polarisation mittels Fremdstromes durchzuführen. Hierzu ist es erforderlich, Läufer und Gehäuse gegen-

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einander möglichst gut elektrisch zu isolieren, um unnötigen Stromaufwand und unerwünschte Stromwirkungen zu vermeiden. Zweckmäßig wird das Gehäuse geerdet, die Läuferwelle dagegen an allen Kontaktpunkten (Stopfbuchse, Lagerung, Kupplung) durch Verwendung nichtleitender Werkstoffe isoliert und mit dem nicht geerdeten Pol der Gleichstromquelle (Batterie oder Gleichrichter) verbunden. Wenn stärkere Ströme erforderlich sind, empfiehlt es sich, auch eine Stromleitung vom anderen Pol zum Gehäuse der Pumpe usw. zu verlegen.

Die Werkstoffe der beiden als Anode bzw. Kathode funktionierenden Teile (Gehäuse und Läufer) sind nun den Angriffsbedingungen entsprechend derart zu wählen, daß beide Teile im polarisierten Zustand möglichst vollständig vor Korrosion geschützt werden. Für viele Metalle und Legierungen ist bekannt, unter welchen Bedingungen sie kathodisch oder anodisch geschützt (passiviert) werden. Im Einzelfall ist es jedoch zweckmäßig, genaue Unterlagen durch Be-Stimmung des elektrochemischen Verhaltens der zu verarbeitenden Lösung gegenüber den in Frage kommenden metallischen Werkstoffen (Strom-Potential-Messungen) zu gewinnen.

Γη vielen Fällen wird man davon ausgehen, daß das Gehäuse als der weitaus größere und komplizierter gestaltete Teil aus einem wohlfeilen, festen und gut verarbeitbarem Material, z. B. Kohlenstoffstahl oder Gußeisen, gefertigt wird. Diese Materialien lassen sich in den meisten (nicht oxydierenden) Elektrolyten am besten durch kathodische Polarisation vor Korrosion schützen. Für den Läufer muß demnach ein Werkstoff verwendet werden, der bei anodischer Polarisation passiv wird bzw. indifferent bleibt. Gleichzeitig muß dafür gesorgt werden, daß der Läufer als Anode den zum kathodischen Schutz des Gehäuses erforderlichen Strom durchläßt. Vielfach bilden nämlich Metalle und Legierungen bei anodischer Polarisation nichtleitende Deckschichten aus Oxyden od. dgl., so daß der erforderliche Stromfluß nicht oder nur unter erhöhter Spannung erreicht werden kann. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, die Oberfläche des Läufers ganz oder teilweise mit einem Material zu überziehen, das keine anodischen Deckschichten bildet. Geeignet sind z. B. Edelmetalle wie Gold oder Platin, von denen unter Umständen schon hauchdünne Überzüge genügen, wenn auch des Verschleißes wegen im allgemeinen dickere Folien vorzuziehen sind, die z. B. aufgeschweißt werden. Auch z. B. Graphit sowie Magnetit sind unter Umständen geeignet. ]n vielen Fällen sind die sogenannten rost- und säurebeständigen Chrombzw. Chrom-Nickel-Stähle verwendbar, die sich in neutralen und in sauren Lösungen durch anodische Polarisation in weiten Grenzen passivieren lassen und erst bei Überschreitung des sogenannten Durchbruchpotentials in zunehmendem Maß korrodiert werden.

Beispiel 1

Zur Förderung von enthärtetem Wasser (Härte In Betracht gezogene Druckschriften:

<l°d. H., Chloride 140 mg/1 Cl, Sulfate 48 mg/1 60 »Metall«, 14. Jahrgang 1960, H. 8, S. 788 und 789; SO₃, pH5,6) wird eine Kreiselpumpe verwendet, deren »Chemisches Zentralblatt«, 1939/11, S. 4348; 1959,

Gehäuse aus Grauguß besteht, während das auf einer S. 9388.

Welle aus Kohlenstoffstahl montierte Pumpenrad aus einer Zinkgußlegierung gefertigt ist. Das Gehäuse mit daran befestigtem Wellenlager steht über dieses und die Welle in leitender Verbindung zum Pumpenrad. Die Haltbarkeit des Gehäuses ist gegenüber einer Pumpe mit Graugußrad wesentlich heraufgesetzt.

Beispiel 2

Saure Abwasser, die wechselnde Mengen von organischen und anorganischen Substanzen (Salze und nicht oxydierende Säuren) enthalten und deren pH-Wert bei 4 bis 5 liegt, werden mittels einer Pumpe aus perlitischem Grauguß gefördert, deren Läuferaus 18/8-CrNi-Stahlauf einer Welle aus 17% Cr-Stahl befestigt ist. Die Stopfbüchse ist mittels fettgetränkter Asbestschnüre abgedichtet, die keine merkliche Leitfähigkeit aufweisen; die Pumpenwelle ist in einem gleichfalls isolierenden, mit einem Kunststoff-Futter versehenen Gleitlager gelagert und durch eine Gummikupplung mit der Motorwelle verbunden. Das Pumpengehäuse, das durch die Fundamentschrauben geerdet ist, ist mit dem negativen Pol eines Gleichrichtertransformators verbunden, während ein an der Pumpenwelle angebrachter Stromabnehmer an den positiven Pol angeschlossen ist. Es wird eine Klemmenspannung von etwa 1,5 V eingestellt. Der Stromverbrauch beträgt bei einem Durchmesser des Pumpenrades von 450 mm im Mittel etwa 3 A, was für den Korrosionsschutz aller Pumpenteile ausreichend ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schutz von aus einem metallischen Gehäuse bestehenden Apparat, wie Rührbehälter, Kreisel- oder Kolbenpumpe, Spindeloder Schneckenpresse u. dgl. in dem ein durch den Elektrolyten von der Gehäusewand getrennter Körper, wie z. B. ein der Form des Gehäuses angepaßter Läufer, drehbar oder hin- und herbeweglich angeordnet ist, gegen elektrolytische Korrosion durch kathodische bzw. anodische Polarisation, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Körper selbst als Gegenelektrode zum Gehäuse dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Körper ganz oder teilweise aus einem weniger edlen metallischen Werkstoff besteht als das Gehäuse.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Körper aus einem anodisch passivierbaren Material besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Körper ganz oder teilweise mit einem elektrisch leitenden Material überzogen ist, das bei anodischer Polarisation keine isolierenden Deckschichten bildet, wie z. B. Edelmetall, Graphit, Magnetit.

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