DE2736693A1

DE2736693A1 - Katodische korrosionsschutzanordnung fuer ein fahrzeug

Info

Publication number: DE2736693A1
Application number: DE19772736693
Authority: DE
Inventors: Robert Baboian; Richard G Delagi; Gardner S Haynes
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1976-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1978-02-23
Also published as: JPS6031910B2; CA1094976A; JPS5340652A; US4226694A

Description

	Fptentanwäte	2736693	rapi-mg.
Dipl.-Ing.	Dtpl.-Chem.	G. Leiser
E. Prinz	Dr. G. Hauser
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60

Unser Zeichen: T 2242 12.August 1977

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
135OONorth Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.

Katodische Korrosionsschutzanordnung für ein Fahrzeug

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit eingeprägtem Strom arbeitende katodische Korrosionsschutzanordnung und insbesondere für eine solche Korrosionsschutzanordnung für ein Fahrzeug.

Ein katodischer Schutz mit eingeprägtem Strom ist als Korrosionsschutz für Metallteile, beispielsweise für Behälter, ölbohrgeräte und Rohrleitungen, benutzt worden. Bei diesen Anwendungsfällen besteht der katodische Schutz darin, daß das elektrische Potential des Metallteils mit einer Gleichspannungsquelle auf einen entsprechenden Wert bezüglich einer Bezugselektrode gebracht wird. FUr Stahl wird beispielsweise ein katodischer Schutz unterhalb -0,60 Volt bezüglich der gesättigten Kalomelelektrode erhalten. Die typischerweise aus einem chemisch inerten Material

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bestehende Anode wird in der Nähe des als Katode dienenden Metallteils angebracht.

Es ist auch vorgeschlagen worden, den mit eingeprägtem Strom arbeitenden katodischen Schutz für den Korrosionsschutz der Metallteile von Fahrzeugen, beispielsweise Personenwagen, Lastwagen usw. zu verwenden. Bei der Anwendung des katodischen Schutzes für ein Fahrzeug treten Jedoch Probleme Auf. Erstens ist der Elektrolyt für den katodischen Schutz (typischerweise Kondenswasser oder Spritzwasser von der Straße) nicht immer und nicht gleichmässig an allen metallischen Teilen vorhanden. Zweitens kann der Energiebedarf zum Schutz der metallischen Teile groß sein, was ein großes Energieversorgungsgerät erfordern würde, das für die Verwendung in einem Fahrzeug unerwünscht ist. Schließlich muß eine große Oberfläche von der Anode geschützt werden.

Mit Hilfe der Erfindung soll daher eine verbesserte katodische Korrosionsschutzanordnung geschaffen werden. Die alt Hilfe der Erfindung zu schaffende Korrosionsschutzanordnung soll einen geringen Energiebedarf aufweisen und trotzdem einen katodischen Korrosionsschutz für eine große Oberfläche ergeben. Außerdem soll die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende katodische Korrosionsschutzanordnung leicht und billig im Aufbau und zuverlässig im Betrieb sein.

Die unter Anwendung von eingeprägtem Strom arbeitende katodische Korroslonsschutzanordnung nach der Erfindung

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besteht aus den zu schützenden Metallteilen eines Fahrzeugs, einer geeigneten Beschichtung, einer Energiequelle und wenigstens einer Anode. Die Beschichtung, beispielsweise Farben, Gummifüllungen, Folien aus synthetischem Material oder dergleichen, wird auf die Metallteile aufgebracht, damit ein schützender, elektrisch isolierender Überzug gegen Korrosion entsteht. Der Überzug ist vorzugsweise hydrophil, und er weist eine großö Ausbreitungsfähigkeit auf. Eine elektrochemisch aktive, inerte Anode, die vorzugsweise eine Platinoberfläche aufweist, ist angrenzend an das Metallteil angebracht, während sie elektrisch davon getrennt ist, so daß zwischen den Teilen kein Kurzschluß auftritt, wenn sie an eine elektrische Energiequelle angeschlossen werden. Das Anbringen erfolgt vorzugsweise in einem Bereich des Metallteils, in dem Feuchtigkeit, die mit dem Teil beispielsweise als Kondenswasser, Spritzwasser von der Straße in Kontakt kommt, am längsten anwesend bleibt, so daß eine elektrolytische Verbindung zwischen der Anode und der Katode aufrechterhalten wird. Der negative Pol der Energiequelle ist mit dem Metallteil verbunden, und der positive Pol ist mit der Anode verbunden, so daß das elektrochemische Potential des Metallteils unter einem geeigneten Wert gehalten werden kann. Außerdem kann eine Strom- oder Spannungsbegrenzungsvorrichtung zwischen der Energiequelle und der Anode verwendet werden.

Im Betrieb wirkt die Feuchtigkeit als der Elektrolyt in dem System zwischen der von dem Metallteil gebildeten Katode und der Anode. Die Anode ist in dichtem Abstand elektrisch isoliert von den Metallteilen des Fahrzeugs an

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einer Stelle angebracht, an der sie elektrolytisch mittels des sich aus dem Befeuchten des Überzugs ergebenden Elektrolyts mit durch den überzug hindurch freiliegenden Metallteilen des Fahrzeugs verbunden ist. Die Anwendung des Korrosionsschutzüberzugs ergibt Vorteile gegenüber einem katodischen Blankmetall-Schutzsystem. Die Anordnung mit dem überzug weist einen minimalen Energiebedarf auf, und sie ergibt einen Korrosionsschutz für Bereiche, die von der Anode weit entfernt sind. Das bedeutet, daß nur die Bereiche der Metallteile einen Schutzstrom erfordern, an denen Fehlerstellen auftreten(beispielsweise Kratzer oder andere Beschädigungen des Überzugs). Daher kann zur Lieferung der Energie an das Metallteil für lange Zeitperioden eine Energiequelle wie eine herkömmliche 12 V-Batterie benutzt werden. Wenn der überzug mit der Zeit zahlreichere Fehlerstellen aufweist, dann verhindert das katodische Schutzsystem eine Korrosion in diesen Bereichen.

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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit der katodischen Korrosionsschutzanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Anode und das die Katode bildende Metallteil des Fahrzeugs von Fig.1 und

Fig.3 eine Schnittansicht der Anode und des metallischen Katodenteils von Fig.2.

In Fig.1 1st ein Fahrzeug 10, beispielsweise ein Personenwagen mit einem die Karosserie bildenden Metallteil 12 dargestellt. Das Fahrzeug 12 enthält die mit eingeprägtem Strom arbeitende katodische Korrosionsschutzanordnung nach der Erfindung.

Die katodische Korrosionsschutzanordnung 14 besteht grundsätzlich aus einer Energiequelle 16, einer inerten Anode 18 und dem Metallteil 12 mit einem darauf angebrachten KorrosionsschutzUberzug 22.

Die Energiequelle 16 ist vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise eine herkömmliche aufladbare Batterie. Die Batterie I6,weist einen positiven Pol 24 und einen negativen Pol 26 auf.

Wie in den Figuren 2 und 3 am besten zu erkennen ist, enthält

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die Anode 16 einen Rahmen 28 aus elektrisch Isolierendem Material wie einem organischen Polymer; in diesem Rahmen ist ein Anodenabschnitt 30 enthalten. Der Rahmen weist vorzugsweise Schenkel 29 oder andere Abstandsglieder auf, damit der Anodenabschnitt 30 im Abstand von der Karosserie gehalten wird, wie noch genauer erläutert wird. Der Anodenabschnitt 30 besteht vorzugsweise aus einem elektrochemisch inersten Material mit einer elektroaktiven Oberfläche und einer niedrigen Verbrauchsgeschwindigkeit unter anodischen Bedingungen. Platin oder ein Metall der Platingruppe bildet ein solches Anodenteil; es stellt ein kostenwirksames Produkt dar, wenn es als überzug, als galvanische Beschichtung oder dergleichen auf einem korrosionsbeständigen Substrat wie Titan, Niob oder Tantal aufgebracht wird. Da die anodische Reaktion mit der Entwicklung eines Gases verbunden ist, ist in der Anode vorzugsweise eine Entlüftung vorgesehen, indem ein Rahmen mit einer offenen Vertiefung mit einer ausgedehnten Gitteranode benutzt wird.

Gemäß der Erfindung ist das Metallteil 12 mit einem korrosionsbeständigen elektrisch isolierenden überzug 22, beispielsweise einer Farbe, einem Firnis, einer Gummiausfütterung, einem synthetischen überzug oder dergleichen, beschichtet. Der überzug ist auch vorzugsweise ein befeuchtbarer hydrophiler überzug, in dem ein Perlen des Elektrolyts auf ein Minimum herabgesetzt ist. Das bedeutet, daß es sich um eine Beschichtung handelt, die die Oberflächenaktivität fördert oder einen positiven Ausbreitungskoeffizient hat, so daß sich der Elektrolyt Über den überzug ausbreitet. Typischerweise ist dies eine Beschichtung, bei der die Dampfgrenzflächenenergie In der flüssigen Phase geringer als in der festen Phase ist. Dieser überzug bedeckt die gesamte

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Oberfläche des blanken Metalls, und ec dichtet und schützt das Metall gegen Korrosion, doch 1st zu erkennen, daß der Überzug Fehlerstellen aufweist, oder erhält. Das bedeutet, daß der Überzug nur ein Teil der Korrosionsschutzanordnung mit dem Hauptzweck ist, den Energiebedarf der Anordnung niedrig zu halten. Außerdem soll der Überzug die Fähigkeit haben, dem säurebildenden Zustand um die Anode ohne Beeinträchtigung zu widerstehen. Wenn sich der überzug unter den säurebildenden Bedingungen verschlechtert, kann !in unmittelbarer Nähe der Anode ein zweiter überzug benutzt werden. Ein Beispiel eines geeigneten zweiten Überzugs ist ein Epoxyd-Steinkohleteer.

Ein erster Leiter ~5k eines herkömmlichen isolierten elektrischen Drahts verbindet den negativen Pol 26 der Batterie mit der Karosserie. Ein zweiter, dem Leiter J>k ähnlicher Leiter verbindet den positiven Pol mit einem Anodenanschlußdraht 38, der aus einem korrosionsbeständigen Material wie Titan, Niob oder Tantal hergestellt ist. Der Anodenanschluß wird wegen der um die Anode vorliegenden korrodierenden Bedingungen benötigt, wenn der isolierte Anodenleiter 36, der an das aktive Anodenmaterial angeschlossen ist, jedoch in den Rahmen 28 eingebettet ist, dann wird der Anodenanschluß nicht benötigt.

In Serie zwischen der Batterie und der Anode kann eine Strom- oder Spannungsbegrenzungsvorrichtung 40 verwendet werden. Diese Vorrichtungen steuern typischerweise mittels eines Widerstandes den Strom oder regeln die elektrische Spannung zwischen der Atiode und der Karosserie in der Weise, da8 das elektrochemische Potential der

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Metallkarosserie unter einem geeigneten Wert gehalten wird.

Der Elektrolyt für die Anordnung wird von der Feuchtigkeit geliefert, die auf Grund von Regen, Spritzen von der Straße her, Kondensation oder dergleichen auftritt. Typischerweise verweilt die Feuchtigkeit in bestimmten Teilen des Fahrzeugs länger als an anderen Teilen, beispielsweise an der Unterseite einer Tür. Demgemäß ist die Anode 18 elektrisch isoliert dicht am Metallteil 12 mit Hilfe einer Befestigungvorrichtung, beispielsweise mittels einer Metallklammer k2 nach den Figuren 2 und 3, angebracht. Die Metallklammer steht mit dem isolierenden Anodenhaiter.ahmen in Verbindung, damit sie vom Anodenabachnitt elektrisch isoliert ist. Der Rahmen isoliert den Anodenabschnitt 30 auch gegenüber der Karosserie, während er jedoch die Karosserie und den Anodenabschnitt so dicht wie möglich beieinanderhält. Ein typischer Abstand liegt in der Größenordnung von 0,5 mm (0,020 inch), der das Kriechen eines Elektrolytfilms ermöglicht. Die Anode ist in einem Bereich der überzogenen Karosserie angebracht, der zuerst feucht wird und zuletzt trocknet. Dies ergibt eine maximale Kontinuität und einen maximalen Schutz, bei dem Feuchtungs- und Trocknungszyklus, der bei einem Kraftfahrzeug auftritt.

Im Betrieb wird zwischen die Anode und die Metallkaroeserie ein Strom eingeprägt. Die elektrochemisch inerte Anode ist an einer Stelle angebracht, an der sie elektrolytisch auf Grund des sich aus der Befeuchtung des hydrophilen Überzugs ergebenden Elektrolyts mit dem metallischen Karosserieteil des Fahrzeugs in Verbindung steht, die durch die Beschichtung hindurchfreiliegen. Nur die Teile der Karosserie müßten geschützt werden, in denen eine

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Fehlerstelle Im überzug vorliegt, so daß der Energiebedarf niedrig ist, wodurch die Verwendung einer herkömmlichen wiederaufladbaren Batterie ermöglicht wird. Die Verwendung des Überzugs ermöglicht es der Anode außerdem, einen Schutz an Stellen zu erzielen, die weit von ihr entfernt liegen. Der Korrosionsschutz der Karosserie hält solange an, wie der Elektrolyt im System vorhanden ist, und er beginnt wieder, wenn er wieder vorhanden ist. Wenn der Elektrolyt nicht vorhanden ist, wird der Schutz, nicht benötigt, da die die Korrosion verursachende Feuchtigkeit nicht mehr vorherrscht.

Aus der obigen Beschreibung ist zu erkennen, daß die mittels der Erfindung angestrebten Vorteile erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, für den Fachmann erkennbare Abwandlungen vorzunehmen.

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L e e r s e i t e

Claims

Schw/Ba

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.

; Patentansprüche

1J Mit eingeprägtem Strom arbeitende katodische Korrosionsschut anordnung für ein Fahrzeug mit einem metallischen Karosserleteil, gekennzeichnet durch einen korrosionsbeständigen, elektrisch isolierenden überzug, der den metallischen Karosserleteil bedeckt, wenigstens eine Anode, die elektrisch isoliert von dem metallischen Karosserieteil Jn dichtem Abstand davon an einer ^steile angebracht ist, in der sie elektrolytisch mittels eines sich durch Befeuchten des Überzugs ergebenden Elektrolyts mit allen Abschnitten des metallischen Karosserieteils in Verbindung steht, die durch die Beschichtung hindurch freiliegen und eine Gleichspannungsquelle, deren positiver Pol mit der Anode verbunden ist und deren negativer Pol mit dem metallischen Karosserieteil verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug hyrophil ist, so daß sich der Elektrolyt über ihn ausbreitet.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode auf dem metallischen Karosserieteil in einem Bereich angebracht ist, der zuerst feucht wird und zuletzt trocknet.
4. Anordnung nach Anspruch 3»dadurch gekennzeichnet, daß

in Serie zwischen der Gleichspannungsquelle und der Anode eine Strombegrenzungsvorrichtung eingefügt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zwischen der Gleichspannungsquelle und der Anode eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung eingefügt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Rahmen mit einer offenen Vertiefung mit einem elektrochemisch inerten Anodenabschnitt aufweist, der eine elektroaktive Oberfläche und eine niedrige Verbrauchsgeschwindigkeit unter anodischen Bedingungen hat.
7. Anordnung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenabschnitt ein ausgeweitetes Gitter ist, dessen äußere Oberfläche aus Platin besteht.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe der Anode direkt angrenzend an den korrosionsbeständigen Überzug ein zweiter Überzug angebracht ist, der den säurebildenden Bedingungen um die Anode ohne Beschädigung widerstehen kann.

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