DE3822168A1 - Kathodischer korrosionsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kathodischen Schutz von Anlagen vor Korrosion in Meeresumgebung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Anodenkonstruktion zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.

Kathodischer Schutz wird angewandt, um die Korrosion von Metall in einem elektrisch leitfähigen Medium, beispiels­ weise in Meerwasser zu verhüten. Kathodischer Schutz kann mittels passiver Opferanoden erreicht werden, deren Funk­ tion darauf beruht, daß Metalle, die unterschiedlich edel sind, in Berührung miteinander angeordnet werden, mit ande­ ren Worten, daß ein galvanisches Paar gebildet wird, bei dem das zu schützende Objekt als Kathode dient. Bei aktivem Schutz (Impressed Current Cathodic Protection - ICCP - ka­ thodischer Schutz durch eingeprägten Strom) liefert eine zwischen die zu schützende Konstruktion und die Anode ge­ schaltete Stromquelle Gleichstrom von der Anode durch das Medium in die zu schützende Oberfläche, die dadurch als Ka­ thode für das aufgebaute elektrische Feld dient. Durch die­ sen Schutzstrom wird das Korrosionspotential der zu schüt­ zenden Oberfläche verringert und gelangt in den sogenannten Immunitätsbereich, wobei die Korrosion der Oberfläche auf Kosten der Anode verhindert wird. Die Anode kann getrennt von der zu schützenden Konstruktion oder alternativ als ein an der zu schützenden Konstruktion befestigtes, aber ihr gegenüber isoliertes Glied vorgesehen sein. Die zuletzt ge­ nannte Lösung, auf die sich auch die Erfindung bezieht, bietet Schutz vor Korrosion bei geringerem Bedarf an elek­ trischer Energie. Ferner ist diese Art von gleichmäßiger Auslegung für bewegliche Systeme erforderlich. Bei aktiv arbeitenden kathodischen Schutzsystemen mit automatischer Regulierung wird das Korrosionspotential der zu schützenden Oberfläche mittels einer sogenannten Vergleichselektrode gesteuert. Die Steuereinheit stellt den Potentialunter­ schied zwischen der zu schützenden Oberfläche und der Ver­ gleichselektrode fest und bestimmt auf Grund dessen das Ausmaß des von der Energiequelle zu liefernden Stroms.

Diese Art von kathodischen Schutzvorrichtungen, die mit einer externen Energiequelle arbeiten, wird heutzutage in die meisten Neubauschiffe und Offshore-Anlagen eingebaut. Der Hauptbestandteil der Energie liefernden Anode ist dabei ein Metallstab oder eine Metallplatte, durch die elektri­ scher Strom ins Meerwasser geleitet wird. Das Material der Platte ist häufig platiniertes Titan oder eine Blei-Silber­ legierung. Die die Energie abgebende Platte darf nicht un­ mittelbar in elektrisch leitfähiger Berührung mit der zu schützenden Oberfläche stehen. Deshalb muß ein Isoliermit­ tel zwischen ihnen beispielsweise so vorgesehen sein, daß die den Strom abgebende Platte in Kunststoff, verstärktem Kunststoff oder Epoxyharz befestigt ist. An der Energie ab­ gebenden Platte ist ein isoliertes Kabel befestigt, welches Energie von der Energiequelle zuführt. Der Aufbau der Ver­ gleichselektroden entspricht im Prinzip dem der Anoden, ihre Funktion beruht jedoch auf der Tatsache, daß die Po­ tentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Meerwasser konstant bleibt. Insgesamt besteht diese Art von Elektrode aus Metall-Zink oder Silber-Silberchloridmaterial. Die Elektrode ist gegenüber dem zu schützenden Objekt in nahezu der gleichen Weise wie die Anode isoliert, und ein isolier­ tes Kabel ist an ihr befestigt, welches zur Regeleinheit führt. Die nachfolgende Beschreibung von Anoden gilt glei­ chermaßen für die vorstehend genannten Vergleichselektro­ den.

Gegenwärtig werden hauptsächlich zwei verschiedene Arten für den Einbau von Anoden (oder Vergleichselektroden) ange­ wandt, nämlich Oberflächeneinbau und versenkter Einbau.

Beim Oberflächeneinbau werden die in Kunststoff oder ein entsprechendes Isoliermaterial eingebetteten Anoden an der zu schützenden Konstruktion, beispielsweise der Oberfläche eines Schiffsrumpfes so befestigt, daß sie völlig außerhalb des Oberflächenprofils dieser Konstruktion bleiben. Die Anoden bestehen meistens aus Zinkplatten oder Zinkkörpern, das heißt, daß in diesem Fall die Funktion auf der Benut­ zung sogenannter Opferanoden beruht. Die Befestigung ge­ schieht beispielsweise mittels an die Oberfläche ange­ schweißter Bolzen oder durch Kleben. Diese Art von Einbau und Befestigung ist verhältnismäßig preisgünstig und leicht durchzuführen. Ein merklicher Nachteil besteht jedoch darin, daß eine auf diese Weise eingebaute Anode starken mechanischen Beanspruchungen, beispielsweise dem Verschleiß durch Eis nicht standhält, ohne sich abzulösen. Deshalb sind an der Oberfläche gemäß bekannter Verfahren ange­ brachte Anoden keinesfalls geeignet als kathodischer Korro­ sionsschutz für den Rumpf von Eisbrechern.

Bei dem versenkten Einbau werden zunächst Gehäuse für die Anoden an der zu schützenden Oberfläche angeschweißt. An­ schließend werden an diesen Gehäusen die in Kunststoff oder dergleichen eingebauten Anodenplatten beispielsweise mit am Boden der Gehäuse angeschweißten Bolzen oder durch Kleben befestigt. Bei diesem Einbauverfahren befinden sich die Anoden völlig innerhalb des Oberflächenprofils, und das hat den bedeutenden Vorteil, daß die Dauerhaftigkeit der Anoden beispielsweise unter Bedingungen im Eis wesentlich verbes­ sert wird, daß die Eisblöcke kein Abtrennen der Anoden ver­ ursachen können. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht je­ doch darin, daß es mühsam durchzuführen und infolgedessen teuer ist. Auch ist die Verteilung des Schutzstroms, die mit einer versenkten Anode erreichbar ist, im Vergleich zu den an der Oberfläche eingebauten Anoden von Nachteil. Zwi­ schen der Anode und dem an die Konstruktion angeschweißten Gehäuse bleibt nämlich ein Schlitz frei, der mit Dichtungs­ masse aus Kunststoff oder mit Epoxyharz aufgefüllt werden muß. Es ist mühselig, die Dichtungsmasse einzubringen, wenn die Oberflächen vertikal oder nach unten gekrümmt sind, wie das bei einem Schiffsrumpf der Fall ist. Falls die die Energie liefernde Platte beschädigt wird, muß die Anode ausgetauscht werden, und das ist eine ziemlich mühselige Maßnahme, weil die Kunststoffmasse eine große Festigkeit hat und stark anhaftet. Die Entwicklung der versenkt einge­ bauten Anoden hat beispielsweise zu dem Verfahren gemäß der finnischen Patentanmeldung 8 41 632 geführt, bei dem die versenkt anzubringende Anode aus einem Element vorgefertigt wird, welches unmittelbar in eine in der zu schützenden Konstruktion ausgebildete Öffnung eingeschweißt wird. Im Vergleich zu den an der Oberfläche angebrachten Anoden ist auch diese Art des Einbaus verhältnismäßig teuer, und der Austausch einer beschädigten Anode erfordert, daß das Schiff ins Dock gebracht wird, wo das ganze Gehäuse abge­ schweißt und gegen ein neues entsprechendes ausgetauscht werden muß. Das Anschweißen eines vorgefertigten Elements an der zu schützenden Konstruktion kann auch deshalb ohne Beschädigung des Elements mühsam durchzuführen sein, weil zwischen Stahl und den Füllstoffen auf der Basis von Epoxy, Glasfaser oder dergleichen ein unterschiedlicher Wärmedeh­ nungskoeffizient besteht.

Ein weiterer Nachteil von bekannten Anodenkonstruktionen besteht darin, daß das für die Anode benötigte Isoliermate­ rial dazu neigt, im Gebrauch der zu schützenden Konstruk­ tion zerstört zu werden, was zu einem Kurzschluß im Schutz­ strom für die vor Korrosion zu schützende Konstruktion führt, so daß der kathodische Schutz verlorengeht. Diese Art Zerstörung geschieht beispielsweise aufgrund der Poro­ sität der Oberfläche der benutzten Isolierstoffe, der na­ turgegebenen und/oder beim Einbau leicht verursachten Risse in denselben, der Eigenschaft von Glasfaserstoffen, Wasser zu absorbieren, was eine Volumenänderung des Materials ver­ ursacht und so weiter. Das Eindringen von Wasser zwischen der Anode und der porösen Isoliermasse verursacht die Zer­ störung von Titan im Fall einer platinierten Titananode. Abgesehen von der Tatsache, daß versenkt eingebaute Anoden teuer sind, wird für das Gehäuse auch viel Raum benötigt, so daß es schwierig ist, das Gehäuse mit seinen Schutzele­ menten zwischen den gekrümmten Strukturen des Schiffs ein­ zupassen. Die Dimensionen des Gehäuses liegen oft nämlich im Größenordnungsbereich von 300×900 mm. Darüber hinaus sind die Abmessungen eines inneren Schutzrohrelements oder Schutzraumes, eines sogenannten Schutzdammes im Schiff, der zur Sicherstellung der Dichtheit des Gehäuses vorgesehen ist, noch einmal etwa die gleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues, leichter durch­ zuführendes und wirtschaftlicheres Verfahren für den akti­ ven kathodischen Schutz von unter Meeresbedingungen arbei­ tenden Systemen sowie eine Anodenkonstruktion zum Durchfüh­ ren des Verfahrens zu schaffen. Mit der Erfindung soll eine unter Meeresbedingungen einsetzbare Anodenkonstruktion ge­ schaffen werden, die insbesondere in der Arktik verwendbar ist und sich gut zur Vorfertigung eignet, wobei die zum Einbau derselben erforderlichen Maßnahmen so einfach wie möglich durchzuführen sind. Außerdem soll mit der Erfindung eine Anodenkonstruktion geschaffen werden, die ohne wei­ teres einen Austausch entweder beim Eindocken oder durch einen Taucher ermöglicht. Ferner soll mit der Erfindung eine Anodenkonstruktion mit einem Isoliermaterial geschaf­ fen werden, welches gegenüber Korrosion und/oder mechani­ scher Beanspruchung beständiger ist und eine größere Iso­ lierfähigkeit hat, so daß die Dicke des Isoliermaterials geringer sein kann.

Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind im Kennzei­ chen von Anspruch 1 offenbart. Durch Einbau einer Anoden­ platte in einen elektrisch isolierenden, keramischen Werk­ stoff, zum Beispiel Aluminium- oder Zirkonoxid oder der­ gleichen wird gegenüber dem Stand der Technik der wesentli­ che Vorteil erreicht, daß das Isoliermaterial gleichzeitig als wirksamer, schlagfester Halter dient, der die Anoden­ platte in ihrer Lage festhält. Ein weiterer, sich aus die­ ser Art von keramischem Isolierwerkstoff ergebender Vorteil liegt in der guten Isoliereigenschaft und Dauerhaftigkeit gegenüber Korrosion. Darüber hinaus sind auch die Festig­ keitseigenschaften des Werkstoffs, insbesondere die Druck­ festigkeit ziemlich gut, was diese Anodenkonstruktion be­ sonders gut geeignet macht zur Verwendung in arktischen oder subarktischen Bedingungen, wo die durch sich bewegende Eisblöcke verursachte mechanische Beanspruchung hohe Anfor­ derungen an die Dauerhaftigkeit der Anode stellt.

Die gezeigte Anodenkonstruktion eignet sich gleichermaßen zur Anbringung an der Oberfläche und zum versenkten Einbau und weist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Einbau dieselben Merkmale beider Anbrin­ gungsarten auf.

Wenn die Anodenkonstruktion mit keramischem Material für den versenkten Einbau benutzt wird, sind die Eigenschaften für die Vorfertigung der Anode verbessert. Der keramische Füller und das Isoliermaterial kann im voraus in einem me­ tallischen Gehäuse untergebracht werden, welches dann leichter an der zu schützenden Konstruktion angeschweißt werden kann als es bei bekannten Anodenelementen der Fall ist, weil der Wärmedehnungskoeffizient eines keramischen Werkstoffs wie ZrO₂ in der gleichen Größenordnung liegt wie der von Stahl. Aus diesem Grund verursacht die Wärmewirkung beim Schweißen keine Risse oder Druckauswirkungen auf das Material, und das Schweißen kann in unmittelbarer Nachbar­ schaft der Anodenkonstruktion vorgenommen werden.

Wenn für die Anbringung an der Oberfläche eine keramische Isolierplatte benutzt wird, ist das Ergebnis ein kompakter, starker Aufbau, bei dem das Isoliermaterial den Umfang der Anodenplatte von der Seite her umgibt, so daß die Auswir­ kung der durch Eisblöcke auf die Anodenkonstruktion aus­ geübten mechanischen Kräfte in erster Linie gegen das kera­ mische Material gerichtet ist, welches eine große Druckfe­ stigkeit hat. Das Befestigen der Anodenkonstruktion an der zu schützenden Konstruktion kann in diesem Fall auf be­ kannte Weise erfolgen, beispielsweise mittels Schrauben oder durch Kleben. Diese Art von an der Oberfläche ange­ brachter Anode ist für Bedingungen im Eis viel besser ge­ eignet als bekannte Oberflächenanoden.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel weist eine Grundplatte aus keramischem Isoliermaterial auf, die einen Vorsprung hat, der in einer Öffnung oder Ausnehmung von entsprechender Gestalt in der zu schützenden Konstruktion aufgenommen ist. In diesem Fall läßt sich die große Druck­ festigkeit des keramischen Werkstoffs voll nutzen, wenn die Anode an der Basis befestigt wird. Auch wenn sich die Außenfläche dieser Art von teilweise versenkt eingebauter Anode außerhalb des Oberflächenprofils der zu schützenden Konstruktion erstreckt, wird dennoch eine Anordnung erhal­ ten, deren Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspru­ chung mindestens so gut ist wie die mit den besten versenkt eingebauten Anoden erzielbaren Eigenschaften.

Keramische Isolierplatten oder Kegel oder dergleichen kön­ nen nach bekannten Verfahren entweder durch Sintern oder als Schlammguß hergestellt werden. Die Gestalt der Isolier­ platte ist frei wählbar, obwohl vom Standpunkt der Herstel­ lungstechnik gesehen Isolierplatten in Form eines Rotati­ onskörpers insgesamt die vorteilhaftesten sind.

Ausgangspunkt für die vorstehend genannten Ausführungsbei­ spiele ist die Verwendung einer Anodenplatte aus herkömmli­ chem Werkstoff, beispielsweise platiniertem Titan. Eine vorteilhafte Lösung läßt sich aber auch mit einer Anoden­ konstruktion erzielen, die eine Strom liefernde Anode aus einem an sich bekannten elektrisch leitfähigen keramischen Werkstoff aufweist, beispielsweise Lithium-Ferrit, Magne­ sium-Aluminium-Ferrit oder Metalloxide, wie Fe₂O₃, NiO, Co₃O₄ und dergleichen. Die Festigkeitseigenschaften und Be­ ständigkeit gegenüber Korrosion einer aus dieser Art von Werkstoff hergestellten Anodenplatte sind gegenüber Metall­ strukturen überlegen. Außerdem kann die Strom liefernde Anode in diesem Fall so gegossen, gesintert oder geschweißt werden, daß sie einen einheitlichen Körper bildet mit einem anderen elektrisch isolierenden keramischen Werkstoff.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellte Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 einen seitlichen Schnitt durch ein drittes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen seitlichen Schnitt durch ein viertes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 5 einen seitlichen Schnitt durch ein im Vergleich zu Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

In den Zeichnungen ist ein äußeres Gehäuse einer zu schüt­ zenden Konstruktion 1 zu sehen, die Teil eines Systems oder einer Anordnung sein kann, die unter Meeresbedingungen ar­ beiten soll, beispielsweise die Seitenplatte des Rumpfes eines Schiffs, ein Stützbein für eine Offshore-Anlage, oder eine sonstige, Korrosion ausgesetzte Metallkonstruktion. Strom wird von einer Anode 2 geliefert, die aus einem iner­ ten, elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt ist. In der Regel wird hierfür eine platinierte Titanplatte be­ nutzt, obwohl auch Niob-Tantal oder Zirkon verwendbar ist. Als Baumaterial für die Anode kann auch elektrisch leitfä­ higes keramisches Material benutzt werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Es ist von Vorteil, die Anode plattenförmig zu gestalten, obwohl auch andere Formen, bei­ spielsweise Anoden in Form von Stäben benutzt werden kön­ nen. An der Innenfläche der Anode ist ein elektrischer Lei­ ter 13, zum Beispiel ein Titanstab angeschweißt, der mit­ tels eines Kabels 14 an eine Stromquelle 15 anschließbar ist. Die Zufuhr von Strom und das Befestigen der Zufuhrmit­ tel an der Anode kann auf bekannte Weise erfolgen und ist deshalb hier nur schematisch angedeutet und nicht näher er­ läutert. In die zu schützende Konstruktion 1 ist eine Öff­ nung A, A′, A′′ für die Strom zuführende Anordnung eingear­ beitet. Innerhalb der zu schützenden Konstruktion 1 ist ein wasserdichter Schutzraum 10 in Form eines Rohrelementes oder Schutzdammes vorgesehen, wie er zur Erfüllung der Er­ fordernisse bei den Klassifikationssystemen vorgesehen sein muß.

Zwischen der plattenförmigen Anode 2 und der zu schützenden Konstruktion 1 ist eine Isolierplatte 3, 3′, 4, 5 aus kerami­ schem Werkstoff, zum Beispiel Al₂O₃, ZrO₂ oder dergleichen angeordnet. Diese Art von Werkstoff ist äußerst hart und hat eine sehr große Druckfestigkeit. Auch die Scherfestig­ keit liegt in der gleichen Klasse wie Baustähle, obwohl der Werkstoff spröde ist, mit anderen Worten praktisch garnicht nachgibt. Gemäß Fig. 1 erstreckt sich die keramische Iso­ lierplatte 3 in seitlicher Richtung weiter als die platten­ förmige Anode 2 und in senkrechter Richtung auf der Höhe der Oberseite der plattenförmigen Anode. Durch diese Maß­ nahme ist die plattenförmige Anode, die durch Krafteinwir­ kung von außen leicht beschädigt werden kann, in das kera­ mische Material der Isolierplatte 3 eingebettet, die gleichzeitig als Stütze und Schutz der Anode dient. Die Isolierplatte 3 ist mit abgeschrägten, vorzugsweise abge­ rundeten Kanten versehen, so daß die Auswirkung von äußeren Kräften als Druckbeanspruchung in das Material übertragen wird. Die plattenförmige Anode 2 ist an der Isolierplatte 3 durch Ankleben, beispielsweise mit Epoxyharz befestigt, und ebenso ist die Isolierplatte 3 an der zu schützenden Kon­ struktion 1 befestigt. Darüber hinaus kann eine feste An­ bringung der plattenförmigen Anode 2 noch weiter gefördert werden durch das Anbringen der Strom führenden Titanstange als elektrischer Leiter 13 an der Innenseite der Platte. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung, bei der die Anode in keramisches Isoliermaterial eingebettet ist, kann die ord­ nungsgemäße Befestigung der Anode keine Schwierigkeiten verursachen, da die Auswirkung von Kräften von außen entwe­ der auf das Isoliermaterial gerichtet oder bestrebt ist, die Anodenplatte gegen ihre Stütze zu drücken.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, welches sich besonders gut eignet zur Anwendung an Eisbrechern, die in arktischen Gewässern eingesetzt werden, ist in die zu schützende Konstruktion 1 eine Öffnung A eingearbeitet, de­ ren Abmessungen einem an der Isolierplatte 3 vorgesehenen Vorsprung 5 entsprechen. Auf diese Weise wird die Auswir­ kung von von den Seiten oder diagonal auf die Isolierplatte 3 wirkenden Kräften an der Stelle des Vorsprunges 5 als Druckbeanspruchung auf das keramische Material übertragen. Um das zu erreichen, müssen die Abmessungen der Öffnung A und des Vorsprungs 5 in ebener Richtung groß genug sein, auf jeden Fall erheblich größer als die Öffnung in der zu schützenden Konstruktion 1, die allein für die Stromzufuhr zur Anode nötig ist. Anstelle der Öffnung A kann erfin­ dungsgemäß auch eine Vertiefung entsprechend dem Vorsprung 8 in der zu schützenden Konstruktion 1 vorgesehen werden. Statt eines Vorsprunges 8 oder zusätzlich zu diesem können auch mehrere Vorsprünge an der Isolierplatte 3 vorgesehen sein. Der Ort des Vorsprunges 8 muß nicht unbedingt symme­ trisch zur Isolierplatte 3 liegen. Es kann im Rahmen der Erfindung jede angesichts der Festigkeit und der auftreten­ den Beanspruchungen für vorteilhaft gehaltene Stelle ge­ wählt werden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anode 2 von einer keramischen Isolierplatte 4 in Umfangs­ richtung umgeben. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird in diesem Fall weniger keramischer Werkstoff benötigt. Die Befestigung des Umfangsisolators an der zu schützenden Konstruktion 1 und die Befestigung der plattenförmigen Anode 2 am Isoliermaterial kann in der oben beschriebenen Weise erfolgen. Der zwischen der Anode 2 und der zu schützenden Konstruktion 1 freibleibende Raum 6 kann vorteilhafterweise mit klebrigem und elastischem Füller ausgefüllt werden. Zur Sicherung der Befestigung der kera­ mischen Isolierplatte 4 ist eine Stützplatte 7 aus Stahl vorgesehen, die in Form eines Verriegelungskonus angeordnet ist und eine vorteilhafte Beanspruchungsverteilung in der Isolierplatte 4 sicherstellt, wenn die Anodenkonstruktion durch Kräfte von außen beansprucht wird.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine keramische Isolierplatte 3′ an der zu schützenden Konstruk­ tion 1 durch einen Kleber, beispielsweise Epoxyharz von ho­ her Scherfestigkeit fest angebracht. Ferner können zum Be­ festigen eingebettete Schrauben 11, 12, die sich durch den keramischen Werkstoff erstrecken, entweder unterhalb der Anodenplatte oder an den Seiten derselben benutzt werden. Natürlich ist die Verwendung der Befestigungsschrauben auch bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen möglich. Es ist von Vorteil, Befestigungsschrauben aus einem keramischen Werkstoff oder anderweitig isolierte Be­ festigungsschrauben zu benutzen. Ein Vorteil des Ausfüh­ rungsbeispiels gemäß Fig. 3 besteht darin, daß die Isolier­ platte 3′ baulich weniger kompliziert ist, und daß außerdem die Abmessungen der in die zu schützende Konstruktion 1 einzuarbeitenden Öffnung A′ erheblich kleiner sein können als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit versenkt eingebau­ ter Anode, bei dem die plattenförmige Anode 2 und die Iso­ lierplatte 5 aus keramischem Werkstoff in einem metalli­ schen Gehäuse 9 untergebracht sind, welches am Rumpf oder einem anderen Rahmen einer zu schützenden Konstruktion 1 angeschweißt werden soll. Im Boden des Gehäuses ist eine Öffnung A′′ für eine Strom zuführende Einrichtung vorgese­ hen, und für die Öffnung A′′ ist ein Schutzraum 10 vorgese­ hen. Die Befestigung der plattenförmigen Anode 2 an der Isolierplatte 5 erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Zwischen der keramischen Isolierplatte 5 und dem Gehäuse 9 aus Stahl ist Füllmaterial, beispielsweise Epoxyharz ange­ ordnet. Der Vorteil dieser Anordnung im Vergleich zu be­ kannten versenkt eingebauten Anoden liegt hauptsächlich darin, daß ein keramischer Werkstoff, wie ZrO₂, der wärme­ beständig ist und dessen Wärmedehnungskoeffizient dem von Stahl entspricht, eine Vorfertigung der Elemente 2, 5, 9, 10 ermöglicht, so daß das Anschweißen in unmittelbarer Nähe der Anodenkonstruktion vorgenommen werden kann. Das erlaubt natürlich, die Abmessungen der in die zu schützende Kon­ struktion einzuarbeitenden Öffnung entsprechend zu verklei­ nern. Um naturgegebene Spannungen während des Schweißens verringern zu können, wäre es von Vorteil, die Anodenkon­ struktion und ihre Umgebung vor dem Schweißen zu erwärmen. Wegen der großen Festigkeit des Materials der Isolierplatte 5 ist die Anbringung der Anodenplatte bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel für den Einsatz unter harten Bedingungen bes­ ser sichergestellt als bei bekannten Anodenkonstruktionen.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anode, die sich besonders gut eignet, um von einem Taucher unter Wasser eingebaut zu werden. Hier ist ein kegelförmiger Vor­ sprung 8′ vorgesehen, wobei zwischen dem Vorsprung und dem Schutzraum 10 ein kegelförmiges Zwischenelement 16 angeord­ net ist. Diese Anode wird von innerhalb des Schiffes oder einer sonstigen Konstruktion mittels einer Kompressionsver­ bindung durch eine Schraube oder Schrauben 17 in ihrer Lage befestigt.

Gemäß der Erfindung kann die plattenförmige Anode 2 aus dem gleichen Werkstoff hergestellt sein wie beim Stand der Technik, zum Beispiel aus platiniertem Titan. Stattdessen kann aber auch ein elektrisch leitfähiger keramischer Werk­ stoff benutzt werden, zum Beispiel Magnesium-Aluminium-Fer­ rit, Lithium-Ferrit oder Metalloxide, wie Fe₂O₃, NiO und CO₃O₄. Auf diese Weise wird die Korrosion der Anode, die bei Verwendung von metallischen Anoden oft auftritt, ver­ mieden. Wenn sowohl das Isoliermaterial als auch die Anode aus keramischem Werkstoff besteht, wird nicht nur eine sehr kompakte, sondern auch eine starke und gleichmäßige Anoden­ konstruktion erhalten. Eine keramische Anodenplatte kann gesondert hergestellt und anschließend im Isolierwerkstoff angeordnet werden. Bei einer bevorzugten Anordnung wird die Anode und der Isolator so hergestellt, daß sie eine inte­ grierte Konstruktion bilden. Hierzu werden die Stoffe zu­ sammen gesintert oder unmittelbar nacheinander durch Schlammguß in der gleichen Form hergestellt. Die Anoden­ platte kann auch durch Plasma-Aufsprühen des Anodenmate­ rials unmittelbar auf die Oberfläche des Isoliermaterials oder durch Plasma-Aufsprühen von keramischem Material auf einen metallischen Körper gebildet werden. Zum gegenseiti­ gen Befestigen keramischer Werkstoffe kann auch auf Diffu­ sionsschweißen zurückgegriffen werden. Da alle diese Metho­ den bekannt sind und keinen Teil der eigentlichen Erfindung bilden, werden sie nicht im einzelnen erläutert.

Claims (12)

1. Verfahren zum kathodischen Schutz von Stahlkonstruk­ tionen, zum Beispiel Schiffsrümpfen oder Offshore-Anlagen, die unter Meeresbedingungen einsetzbar sind, unter Verwen­ dung einer äußeren Stromquelle (15), die durch eine an der zu schützenden Konstruktion (1) befestigte Anode (2) Gleichstrom liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom zufüh­ rende platten- oder stabförmige oder anderweitige Anode (2) an der zu schützenden Konstruktion (1) mittels einer Befe­ stigungseinheit, beispielsweise einer Grundplatte (3, 3′), eines Stützringes (4), eines Gehäuses (5) oder dgl. aus kera­ mischem Isoliermaterial von hoher Druckfestigkeit befestigt wird, wobei der keramische Werkstoff einerseits die Strom zuführende Anode (2) gegenüber der zu schützenden Konstruk­ tion (1) isoliert und gleichzeitig die Anode mindestens an den Seitenrändern zu ihrem eigenen Schutz, zum Beispiel vor der Kollision mit Eisblöcken einbettet, so daß die Befesti­ gungseinheit im wesentlichen die Auswirkung äußerer Kräfte als Druckbeanspruchung aufnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenför­ mige oder anderweitige Anode (2) in der zu schützenden Kon­ struktion (1) mittels des sogenannten Oberflächeneinbaus so angebracht wird, daß die keramische Befestigungseinheit (3, 3′,4) im wesentlichen außerhalb des Oberflächenprofils der zu schützenden Konstruktion (1) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Befestigungseinheit (4) so angeordnet wird, daß sie den Um­ fang der Strom zuführenden plattenförmigen oder anderweiti­ gen Anode (2) umgibt, und daß ein zwischen der plattenför­ migen Anode und der zu schützenden Konstruktion freiblei­ bender Raum (6) mindestens teilweise mit einem elastischen und/oder klebrigen Isoliermaterial, beispielsweise Kunst­ stoff, Epoxyharz oder dergleichen gefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischen­ raum (6) ein Verriegelungskegel (7), vorzugsweise aus Stahl angeordnet wird, um die Festigkeit der Konstruktion zu er­ höhen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Be­ reich zwischen der Anode und der zu schützenden Konstruk­ tion (1) die keramische Befestigungseinheit (3′) ganz auch unterhalb der plattenförmigen oder anderweitigen Anode er­ streckt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der als Befestigungseinheit dienenden keramischen Isolierplatte (3) mindestens ein Vorsprung (8) vorgesehen wird, der beim Be­ festigen der Anodenkonstruktion in eine entsprechende Ver­ tiefung oder Öffnung in der zu schützenden Konstruktion (1) vorzugsweise so eingebaut wird, daß die Einwirkung äußerer Kräfte auf die feste Anodenkonstruktion so wirksam wie mög­ lich auf den Bereich des Vorsprungs gerichtet und in Druck­ beanspruchung der keramischen Substanz umgewandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Iso­ lierplatte (3′′) ein vorzugsweise kegelförmiger Vorsprung (8′) ausgebildet wird, so daß die Anodenkonstruktion mit­ tels einer aus dem Inneren der zu schützenden Konstruktion eingesetzten Schraube (17) und eines keilförmigen Elements (16) in ihrer Lage befestigt wird, um eine Druckverbindung oder Keilverriegelung oder dergleichen zu erhalten.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Befestigungseinheit an der zu schützenden Konstruktion (1) mit einem Klebstoff, beispielsweise Epoxyharz von hoher Scherfestigkeit und/oder mittels keramischer oder isolier­ ter Schrauben (11) befestigt wird, die in die Oberfläche der Konstruktion eingebettet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2) an der zu schützenden Konstruktion (1) in sogenanntem versenk­ tem Einbau angebracht wird, wobei die Anodenkonstruktion vorgefertigt wird, und ein Element bildet, welches an der zu schützenden Konstruktion angeschweißt wird, wobei das Element eine Befestigungseinheit aus keramischem Isolierma­ terial (5), angeordnet in einem metallischen Gehäuse (9), aufweist und mit einer Strom zuführenden plattenförmigen Anode (2) oder dergleichen, eingebettet innerhalb der Ober­ fläche derselben, versehen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom zufüh­ rende Anode Strom leitendes keramisches Material aufweist, zum Beispiel LiFe, Fe₂O₃, NiO oder CO₃O₄, vorzugsweise so, daß die Anode und die Befestigungseinheit, die als Isolier­ material dient, als gleichförmige, kompakte Konstruktion entweder durch Sintern, durch Diffusionsschweißen oder durch Plasma-Aufsprühen einer Strom leitenden keramischen Substanz auf das keramische Isoliermaterial gebildet wer­ den.

11. Anodenkonstruktion zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und zum kathodi­ schen Schutz von in Meeresbedingungen eingesetzten Syste­ men, beispielsweise Schiffsrümpfen oder Offshore-Anlagen unter Verwendung einer äußeren Stromquelle, die durch eine an der zu schützenden Konstruktion (1) befestigte Anode (2) Gleichstrom liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom zufüh­ rende platten- oder stabförmige oder anderweitige Anode (2) so ausgelegt ist, daß sie an der zu schützenden Konstruk­ tion (1) mittels einer Befestigungseinheit (3, 3′, 4, 5), bei­ spielsweise einer Grundplatte (3, 3′), eines Stützringes (4), eines Gehäuses (5) oder dergleichen, die aus elek­ trisch isolierendem Keramikwerkstoff besteht, anbringbar ist, und daß die Abmessungen der Befestigungseinheit (3, 3′, 4, 5) so gewählt sind, daß die platten- oder stabförmige oder ander­ weitige Anode (2) mit ihren Seitenflächen in dem Isolierma­ terial so eingebettet ist, daß ein Schutzgehäuse für die Anode (2) vor den Einwirkungen von äußeren Kräften gebildet ist und eine wirksame Isolierung derselben gegenüber der zu schützenden Konstruktion (1) erreicht ist.

12. Anodenkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten der Befestigungseinheit (3, 3′, 4, 5) aus keramischem Isolier­ material mit einem abgeschrägten oder kegelartigen Profil versehen sind.