Roch, Frank (Berliner Strasse 51, Bad Schwartau, 23611, DE)
| 1. | Korrosionsschutz für einen stehend im Erdboden (2) verankerten Mast (1) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast kathodisch geschaltet ist und im Erdboden (2) mit Abstand von einer geschlossenen und zumindest annähernd ringförmigen Schutzanode (4,7) umgeben ist, die für den Fall eines galva nischen kathodischen Korrosionsschutzes als Opferanode (4) direkt mit dem Mast und für den Fall eines elektrolytischen katho dischen Korrosionsschutzes als inerte Anode (7) mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle (6) verbunden ist, an deren anderem Pol der Mast (1) angeschlossen ist. |
| 2. | Korrosionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (4,7) als mehrteiliger Ring ausgebildet ist. |
| 3. | Korrosionsschutz noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (4,7) polygonal aus geraden Segmenten aufgebaut ist und aus zumindest zwei Teilen besteht. |
| 4. | Korrosionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilige Anode als offener Ring aus Draht mit einer einfa chen Teilung ausgebildet ist. |
| 5. | Korrosionsschutz nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anode (4,7) im Bereich jeder Teilung (a, b) mit die Teilung elektrisch leitend überbrückenden Verbindungsmitteln versehen ist. |
| 6. | Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (6) innerhalb des Mastes (1) oberhalb der Erdboberfläche (3) angeordnet ist. |
| 7. | Korrosionsschutz noch Anspruch 1 oder 6, wobei der Mast (1) aus dem allgemeinen Elektrizitätsnetz mit Wechselspannung versorgte Verbraucher trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleich spannungsquelle (6) ein eingangsseitig an die Wechselspannung angeschlossenes Netzteil ist. |
| 8. | Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch eine Einrichtung zur Überwachung des Mastpo tentials, die beim Überschreiten eines kritischen Potentialwerts diesen Zustand als Alarmsignal an eine Zentrale meldet. |
Das ist besonders bei Leuchten, Verkehrsschilder und dergleichen tra- genden Masten kritisch, die aufgrund der Korrosion nicht mehr aus- reichend standsicher werden und bei entsprechend großer Windlast wegen zu geringer Biegefestigkeit brechen und durch Umfallen Passan- ten und in der Nähe befindliche Fahrzeuge gefährden können.
Da man das Ausmaß der aktuellen Mastkorrosion im Erdboden natürlich nicht ohne weiteres erkennen kann und man zwecks visueller Über- prüfung den Mast wenigstens teilweise ausgaben müsste, sollte man die Stand-und Biegefestigkeit der Masten vorsorglich in gewissen zeitlichen Abständen durch Einleiten von die Windlast simulierenden Biegekräften prüfen (EP 0 638 794 A 1) und die bei einem solchen Prüfvorgang an- fallenden Messwerte in Bezug auf die Festigkeit der Masten auswerten.
Hiermit ist aber verständlicherweise ein gewisser Aufwand verbunden, so dass es vorteilhaft wäre, durch einen verbesserten Korrosionsschutz zu
erreichen, dass das vorerwähnte Prüfverfahren zumindest nur in zeitlich größeren Abständen durchgeführt werden muss.
Da der bisher übliche Korrosionsschutz von Metallmasten aus den ge- nannten Gründen unzureichend ist, werden sich mit einem kathodischen Korrosionsschutz bessere Ergebnisse erzielen lassen, zumal sich ein sol- cher Schutz (DE 41 26 303 C2) auch bereits bei erdverlegten Rohrleitun- gen, Kabeln und Behältern als zu schützende Objekte bewährt hat. Zu diesem Zweck werden meist horizontal im Erdboden neben dem Objekt verlegte Schutzanoden in Form von Drähten, Stäben und Platten einge- setzt. Man kann sich allerdings vorstellen, dass es mit solchen Schutz- anoden, die senkrecht neben einem Mast in den Erdboden einzubrin- gen sind, nicht möglich ist, selbst bei Anwendung einer Vielzahl von um den Mast verteilt angeordneten Schutzanoden eine gleichmäßige Verteilung der Dichte des zum Mast fließenden Schutzstroms zu errei- chen, abgesehen davon, dass vor allem eine nachträgliche Ausstattung von Masten mit einem solchen kathodischen Korrosionsschutz nur mit beträchtlichem Aufwand durchgeführt werden könnte.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Korrosions- schutz für den im Erdboden befindlichen Bereich eines metallischen Mastes vorzuschlagen, der eine weitestgehend gleichmäßige Wirkung bietet und sich auch insbesondere bei bereits installierten Masten ein- fach realisieren lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Korrosionsschutz erfindungsgemäß in der Weise bewirkt, dass der Mast kathodisch geschaltet ist und im Boden mit Abstand von einer geschlossenen und zumindest annähernd ringför- migen Schutzanode umgeben ist, die für den Fall eines galvanischen kathodischen Korrosionsschutzes als Opferanode direkt mit dem Mast und für den Fall eines elektrolytischen kathodischen Korrosionsschutzes als inerte Anode mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, an deren anderem Pol der Mast angeschlossen ist.
Als Materialien für Opferanoden, auf die in an sich bekannter Weise der korrosive Angriff umgelenkt wird, kommen beispielsweise Zink oder Magnesium in Betracht, während inerte Anoden aus Graphit, Ferrosilizi- um, Titan oder sonstigen zu diesem Zweck geeigneten Materialien bestehen können.
Im Hinblick auf eine besonders gleichmäßige Verteilung der Schutz- stromdichte ist vor allem ein mehrteiliger Ring, wie etwa ein aus zwei Ringhälften gebildeter Ring geeignet.
Falls sich Anodenmaterialien, wie etwa Magnesium, nicht ohne weiteres durch Biegen oder sonstige Bearbeitungsvorgänge in eine Ringform bringen lassen, kann man auch von dieser Anodenform abweichen und die Anode polygonal aus geraden Segmenten aufbauen, wobei auch in diesem Fall die Möglichkeit besteht, die Anode aus zwei Teilen herzu- stellen, die jeweils aus mehreren Segmenten bestehen. Im einfachsten Fall hat die Anode dann die Form eines quadratischen Rahmens aus insgesamt vier Segmenten. Im Vergleich zu einer ideal ringförmigen Anode sind polygonale Anoden zwar in Bezug auf eine gleichmäßige Stromdichteverteilung nicht so günstig, dieser Nachteil ! ässt sich aber weitgehend in der Weise kompensieren, dass die mehreckigen Anoden gegebenenfalls mit etwas größerem Abstand zum Mast angeordnet werden.
Eine aus zwei oder mehr Teilen bestehende Schutzanode bringt vor allem den Vorteil, dass sie sich leicht installieren lässt. So muss bei bereits vorhandenen Masten für den Fall einer nachträglichen Installation nur der Erdboden um den Mast herum bis zu einer relativ geringen Tiefe unterhalb der Erdoberfläche ausgegraben werden, um im Anschluss daran die Anodenteile mit Abstand um den Mast herum anzuordnen und in eine geschlossene Form zu bringen, wobei schließlich die Anode im Bereich jeder Teilung mit die Teilung bzw. Teilungsebene elektrisch
leitend überbrückenden Verbindungsmitteln versehen wird. Zu diesem Zweck können die gegeneinander anliegenden Anodenteile jeweils mittels einer Schraube verbunden werden. Denkbar ist auch eine form- schlüssige Verbindung durch ineinander greifende Endbereiche der Anodenteile.
Anstelle einer mehrteiligen Schutzanode kann auch eine einteilige Anode zur Anwendung kommen, die als offener Ring aus Draht mit einer einfachen Teilung ausgebildet ist. Dies bietet sich besonders bei einem elektrolytischen kathodischen Korrosionsschutz mit einer Schutzanode aus inertem Material aus beispielsweise Titan an. Da sich dieses Material nur sehr langsam verbraucht, ist hier keine große Materialmenge er- forderlich, so dass man die Ringanode aus einem nur einige Millimeter dicken Titandraht herstellen kann. Damit ist eine sehr einfache Montage sowohl bei der Neuinstallation eines Mastes als auch bei der Nachrü- stung eines Mastes möglich, indem der Draht einfach horizontal mit Abstand um den Mast verlegt wird und nur im Bereich der einfachen Teilung mit geeigneten Verbindungsmitteln zu einem bleibend geschlos- senen Ring verbunden werden muss.
Zweckmäßigerweise werden die Stellen, an denen die erforderlichen Kabel mit ihren Enden an der Anode bzw. am Mast angeschlossen sind, auch noch gesondert vor Korrosion geschützt, und zwar durch einen Anstrich mit beispielsweise Bitumen.
Die beim elektrolytischen kathodischen Korrosionsschutz erforderliche Gleichspannungsquelle kann oberhalb des Erdbodens unmittelbar neben dem Mast angeordnet werden. Gegen Umwelteinflüsse und etwaige mechanische Beschädigungen ist die Gleichspannungsquelle aber besser geschützt, wenn sie innerhalb des Mastes oberhalb der Erdoberfläche installiert wird. An dieser Stelle kann der Mast noch mit einer mit einem Deckel verschlossenen Inspektionsöffnung versehen sein, über welche die Gleichspannungsquelle nach Entfernen des
Deckels zugänglich ist und gewartet oder für den Fall eines Defekts gegen eine neue Gleichspannungsquelle ausgetauscht werden kann.
Bei einem Mast, der aus dem allgemeinen Elektrizitätsnetz mit Wechsel- spannung versorgte Verbraucher trägt, ist es zweckmäßig, die Gleich- spannungsquelle als Netzteil auszubilden, das eingangsseitig an den ohnehin vorhandenen und die Wechselspannung führenden Netz- anschlüssen verbunden wird und ausgangsseitig über Kabel einerseits mit der Schutzanode und andererseits mit dem Mast verbunden wird.
Bei Bedarf kann zusätzlich noch eine Einrichtung zur Überwachung des Mastpotenzials vorgesehen werden, die zum Beispiel mit der Gleich- spannungsquelle bzw. dem Netzteil zu einer Geräteeinheit zusammen- gefasst werden kann und die beim Überschreiten eines kritischen Poten- zialwertes diesen Zustand automatisch als Alarmsignal an eine Zentrale meldet, so dass dann unmittelbar eine Wartung des Mastes eingeleitet und erfolgen kann. Der erwähnte kritische Potenzialwert hängt im We- sentlichen vom Material des Mastes ab und ist somit im Prinzip vorgege- ben. Dieser Wert gilt als überschritten, wenn das Mastpotenzial zu positiv wird.
Wenn eine Bettungsmasse aus beispielsweise Koks für die Schutzanoden verwendet wird, ist auf einen ausreichend großen Durchmesser der Anoden zu achten, da sonst die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen Mast und Anode über die Bettungsmasse besteht. Bei Koks als Bettungs- material kann man durch leichtes Verdichten eine gute elektrische Verbindung mit der Anode erhalten. Dadurch wird erreicht, dass der Abtrag von der Anode größtenteils auf die Aussenfläche der Koksbet- tung übertragen wird. Um die Bildung größerer Mengen Säure an der Anode zu vermeiden, kann dem Koksbett zusätzlich gelöschter Kalk beigefügt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten anhand der schematisch in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäßen Korrosionsschutz und hierfür geeignete Schutzanoden beschrieben. Es zeigt : Fig. 1 eine Seitenansicht eines mit einem galvanischen katho- dischen Korrosionsschutz versehenen Mastes, Fig. 2 eine zweiteilige und ringförmige Schutzanode in Aufsicht, Fig. 3 die Aufsicht auf eine aus zwei Teilen bestehende Schutz- anode in Form eines Vielecks bzw. Polygons, Fig. 4 die Aufsicht einer zweiteiligen Schutzanode in Form eines Quadrats, Fig. 5 eine Seitenansicht eines mit elektrolytischem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Mastes mit einer ausserhalb des Mastes angeordneten Gleichspannungsquelle, Fig. 6 eine Seitenansicht eines mit elektrolytischem kathodischen Korrosionsschutz ausgestatteten Mastes mit einer innerhalb des Mastes angeordneten Gleichspannungsquelle und Fig. 7 verschiedene mögliche Querschnittsformen einer Schutz- anode.
Gemäß den Fig. 1,5 und 6 ist der beispielsweise aus Stahl bestehende Mast 1 stehend im Erdboden 2 verankert, so dass sich der untere und gegen Korrosion zu schützende Mastbereich unterhalb der Erdoberflä- che 3 befindet. Der Mast 1 ist im Erdboden 2 mit Abstand von einer
ringförmigen oder wenigstens im Wesentlichen ringförmigen Schutz- anode 4 bzw. 7 umgeben.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel für einen galvanischen kathodischen Korrosionsschutz handelt es sich bei der Schutzanode 4 um eine Opfera- node, die im Vergleich zum elektrochemisch edlerem Mastmaterial aus einem unedleren Material besteht und über ein Kabel 5 mit dem Mast 1 elektrisch leitend verbunden ist, wobei als Verbindungsmittel eine Ver- schraubung des betreffenden Kabelendes mit dem Mast in Betracht kommt.
Bei den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen geht es um einen elektrolytischen kathodischen Korrosionsschutz, so dass in diesen Fällen eine zwischen Mast 1 und Schutzanode 7 geschaltete Gleichspannungsquelle 6 zur Erzeugung des erforderlichen Fremdstro- mes erforderlich ist und die Schutzanoden aus einem inerten Werkstoff bestehen müssen, also etwa aus Graphit, Titan oder Ferrosilizium.
Die Gleichspannungsquelle 6 kann der Fig. 5 entsprechend aussen neben dem Mast und ausserhalb des Erdbodens 2 angeordnet werden.
Sie ist mit ihrem Pluspol, der auch geerdet sein und somit auf Erdpotenzi- al liegen kann, über ein Kabel 8 mit der Schutzanode 7 und mit ihrem Minuspol über ein Kabel 9 mit dem Mast 1 verbunden.
Beim Korrosionsschutz gemäß Fig. 6 ist die Gleichspannungsquelle 6 innerhalb des rohrartigen Mastes 1 auf einem oberhalb der Erdoberflä- che 3 liegenden Niveau angeordnet und mit ihrem Minuspol mit dem Mast 1 und ihrem Pluspol mit der Schutzanode 7 mittels eines Kabels 10 a verbunden, welches von der Schutzanode ausgehend zunächst aus- serhalb des Mastes im Erdboden 2 verläuft und durch eine unterhalb der Erdoberfläche 3 geschaffene Bohrung 11 a in den Innenraum des Mas-
tes 1 zur Gleichspannungsquelle 6 hin verlegt ist. Eine andere mögliche Führung des Kabels ist durch den Verlauf des strichpunktiert in Fig. 6 dargestellten Kabels 10 b gegeben, welches auf einem Teil seiner Länge aus dem Erdboden 2 kommend oberhalb der Erdoberfläche am Mast 1 verlegt ist und danach durch eine gesondert zu schaffende Bohrung 11 b in den Mast hinein und weiter zur Gleichspannungsquelle 6 verläuft.
Diese beiden Arten der Verlegung bzw. des Verlaufs der Kabel 10 a, 10 b sind speziell bei einer nachträglichen Ausstattung eines bereits installier- ten Mastes geeignet, da es problemlos möglich ist, die Bohrungen 11 a, 11 b im Mast herzustellen, selbst wenn es hierzu erforderlich sein wird, vorab Erdboden im Bereich der anzubringenden Bohrung zu entfernen.
Wenn der Mast 1 elektrische Verbraucher trägt, die mit Wechselspan- nung aus dem elektrischen Versorgungsnetz betrieben werden, wird das Netzkabei durch eine schon werkseitig hergestellte und meist am unte- ren Mastbereich befindliche Bohrung 11 c in den Mast eingeführt und im Mast weiter nach oben zu den Verbrauchern verlegt.
Bei einer Neuinstallation des Mastes mit einem Korrosionsschutz der in Fig. 6 gezeigten Art kann dann zweckmäßigerweise auch die Bohrung 11 c mit zum Einführen eines ebenfalls strichpunktiert dargestellten und die Schutzanode 7 mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 6 verbin- denden Kabels 10 c in den Mast genutzt werden, bevor der Mast durch Verankerung im Erdboden 2 installiert wird. Weiterhin wird in diesem Fall die ohnehin verfügbare und im Mast an entsprechenden Anschlüssen abgreifbare Wechselspannung als Betriebsspannung für die dann als Netzteil ausgebildete Gleichspannungsquelle verwendet, wobei im Netzteil die Wechselspannung üblicherweise durch Transformation reduziert und gleichgerichtet wird, so dass an den Ausgängen des
Netzteils die geeignete Gleichspannung zur Erzeugung des Schutz-bzw.
Fremdstromes zur Verfügung steht.
Wie bereits erwähnt wurde, sollten vor allem die im Erdboden befindli- chen Kontaktstellen zwischen Kabeln einerseits und Schutzanoden sowie Mast andererseits mit einem gegen Korrosion schützenden Anstrich versehen sein. Weiterhin sollte zum Schutz des durch eine Mastbohrung in den Mast eingeführten Kabels die betreffenden Bohrung mit einem Stopfen aus Kunststoff versehen sein, durch den das Kabel verläuft.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele für als Opferanoden 5 und auch als inerte Anoden 7 geeignete Schutzanoden, die den Darstel- lungen entsprechend aus jeweils zwei in den gestrichelt angedeuteten Ebenen a und b getrennten Anodenteilen bestehen.
Die kreisringförmige Schutzanode nach Fig. 2 ist demnach aus zwei Ringhälften aufgebaut. Die in der Fig. 3 gezeigte Schutzanode ist eben- falls aus zwei Anodenteilen zusammengestellt, die bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel jeweils aus vier geraden, einen Polygonzug bildenden Segmenten bestehen, so dass diese Schutzanode ein polygonales Gebilde darstellt. Schließlich zeigt die Fig. 4 eine Schutzanode in quadra- tischer Form, deren beiden Teile aus jeweils zwei im rechten Winkel zueinander angeordneten Segmenten bestehen.
Im allgemeinen genügt eine zweiteilig ausgebildete Schutzanode, zumal diese sich relativ einfach um den Mast herum anordnen lässt. Dies schließt aber nicht aus, dass auch Schutzanoden aus mehr als zwei Teilen für den vorgesehenen Zweck geeignet sind.
In der Fig. 7 sind verschiedene mögliche Querschnittsformen für eine Schutzanode 4 bzw. 7 nebeneinander dargestellt. Von links nach rechts
gesehen kann demnach die Querschnittsfläche eine rechteckige Flä- che, eine Kreisfläche, eine quadratische Fläche und auch eine Halb- kreisfläche sein.
Ausserdem besteht bei Bedarf die Möglichkeit, einen Korrosionsschutz mit mehreren Schutzanoden in beschreibender Weise zu schaffen, die mit Abstand übereinander um den Mast anzuordnen sind.
Next Patent: SUBSEA PIPELINE POWER TRANSMISSION