DE4224539C1 - Anodenstruktur für kathodischen Korrosionsschutz sowie Verfahren zur Herstellung der Anodenstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anodenstruktur für kathodischen Korrosionsschutz mit einem angeschlossenen Anschlußkabel mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung, wobei das zugehörige Anodenelement in Form einer Anode oder einer Anodenverbindung eine Ausnehmung aufweist, in die sich das abisolierte Ende des Anschlußkabels formschlüssig einen elektrischen Kontakt bildend er­ streckt und wobei der Verbindungsbereich zwischen Anschlußkabel und Anodenele­ ment durch ein elektrisch isolierendes Dichtteil abgedichtet ist, wobei das Dichtteil an der Ummantelung des Anschlußkabels anliegt und dieses Dichtteil zumindest teilweise von einem hülsenförmigen Element umgeben ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Anodenstruktur.

Aus der EP-PS 01 02 380 ist eine Metalloxidanode für kathodischen Korrosions­ schutz bekannt, wobei die Anode als ein Metalloxidanodenglied in Form eines hohlen und im wesentlichen zylindrischen Rohres ausgebildet ist, das an einem Ende offen und am gegenüberliegende Ende geschlossen ist; im Inneren weist diese Anode eine stromaufnehmende Innenfläche auf, die mit einem elektrisch leitenden Metall oder Metallegierung überzogen bzw. plattiert ist, wobei der Überzug bzw. die Plattierung mit einem elektrisch leitenden Kabelendglied verbunden ist, das an einer relativ zu dem Überzug bzw. der Plattierung zen­ trischen Stelle befestigt ist; der Überzug bzw. die Plattlerung schützen die innere Rohrfläche mit Ausnahme eines relativ schmalen Bereiches im oberen Teil dieser Fläche am offenen Ende des Rohres und mit Ausnahme eines relativ schmalen Bereiches am gegenüberliegenden Ende des Rohres. Das zentrisch fix­ ierte Kabelendglied ist dabei aus einer Bronzespirale gebildet. Das einseitig geöffnete Ende ist mittels einer das Ende des Anschußkabels umfassenden Kunst­ stoffverbundmasse abgedichtet.

Dabei erweist sich die Abdichtung, insbesondere bei aushärtender Gießharzab­ dichtung im Falle auftretender mechanischer Spannung aufgrund fehlender Ar­ retierung zwischen Anschlußkabel und Anodenelement als problematisch; weiter­ hin ist der Aufbau der sich an das Ende der Ummantelung des Kabels anschlie­ ßenden Spiralstruktur zwecks Kontaktierung verhältnismäßig aufwendig.

Aus der EP-PS 84 875 ist eine lineare Anodenstruktur für den kathodischen Korrosionsschutz langgestreckter Metallstrukturen bekannt, wobei ein mit elek­ trisch isolierender Ummantelung versehenes Stromanschlußkabel mit dem positi­ ven Pol einer Stromquelle verbunden ist und über die Länge des Kabels verteilt Anodensegmente aus Ventilmetall auf das Kabel aufgeschoben sind, welche in manschettenartig abgedichteten Abschnitten mit dem hier von der Ummantelung befreiten Kern des Kabels durch Quetschung verbunden sind. Dieser zur Abdich­ tung gegenüber den Ummantelungen im Übergangsbereich vorgesehenen man­ schetten- bzw. muffenartige Teil der Anodensegmente ist mit sternförmig bzw. in radialer Richtung sich erstreckenden Anodenflächen versehen. Die Auf­ bringung der Anodensegmente erfolgt durch Freilegen des elektrischen Kabel­ kerns in den Übergangsbereichen und anschließendes Aufbringen und Quetschen einer Ventilmetallhülse, wobei sowohl die elektrisch leitende Verbindung zum Kern als auch die Abdichtung der an die Übergangsbereiche grenzenden Enden der Ummantelung sichergestellt ist, so daß der Stromübergangsbereich gegenüber der Umgebung flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist.

Eine solche Anordnung ist praktisch nur für langgestreckte zu schützende Ob­ jekte, wie beispielsweise Pipelines, zweckmäßig einzusetzen, während der ka­ thodische Korrosionsschutz von räumlich kompakten Anlagen, die dem Seewasser ausgesetzt sind oder im Erdreich versenkt sind, - beispielsweise kleine kom­ pakte Tanks - aufgrund der Vielzahl eingesetzter Anodensegmente nur mit erheb­ lichem technischen Aufwand zu schützen sind; weiterhin können nur Rohre ver­ wendet werden, die gemessen an Blech oder Streckmetall oder Stäben sehr teuer sind und eine harte Oberfläche haben, die sich schlecht beschichten läßt.

Weiterhin ist aus der US-PS 3,326,791 eine Elektrode für kathodischen Korro­ sionsschutz bekannt, die eine konische Durchführung zur Aufnahme eines elek­ trischen Anschlußkabels aufweist; eine elektrische und mechanische feste Ver­ bindung wird durch Einsatz keilförmiger Elemente in dem Durchführungsbereich erzielt, wobei das Anschlußkabel nacheinander durch mehrere Elektroden geführt ist. Auch hierbei handelt es sich um eine verhältnismäßig aufwendige Schutz- Anordnung für langgestreckte Objekte, wie z. B. Pipelines, die nicht für be­ liebig geformte Schutzobjekte einsetzbar ist.

Aus der US-PS 4,265,725 ist eine Verbindung zwischen einer langgestreckten Anode für kathodischen Korrosionsschutz und einem elektrischen Anschlußkabel bekannt, wobei die Anode eine zylindrische Bohrung zur Aufnahme des Anschluß­ kabelendes aufweist; das Anschlußkabelende ist in einen kegelstumpfartigen Kontaktkörper eingefügt, dessen Außenfläche durch Krafteinwirkung die eben­ falls kegelstumpfförmig ausgebildete Innenfläche einer aufgeschobenen Buchse so weit nach außen spreizt, bis die zylindrische Außenfläche der Buchse mit der Innenfläche der Bohrung eine innige, widerstandsarme elektrische Verbin­ dung eingeht. Es handelt sich hierbei um einen verhältnismäßig komplexen Auf­ bau.

Weiterhin beschreibt die US-PS 2,863,819 eine Schlepp-Anode für kathodischen Korrosionsschutz von Schiffen, die eine Bohrung zur Aufnahme des elektrischen Leiters eines mit Isoliermantel versehenen flexiblen Anschlußkabels aufweist. Die Verbindung zwischen Kabel und Anode wird im Inneren der Bohrung durch Sil­ berlot hergestellt, wobei die Verbindungsstelle durch einen Ringkörper aus Gummi abgedichtet wird, der seinerseits zusammen mit Teilen der Anode und des Kabels wiederum von einer abgedichteten Kunststoffumhüllung zum Schutz gegen chemische Korrosion umgeben ist; auch hierbei handelt es sich um einen ver­ hältnismäßig aufwendigen Aufbau.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine einfache, unempfindliche Verbin­ dung zwischen einem Stromanschlußkabel und einer Ventilmetallanode herzustel­ len, die für den kathodischen Korrosionsschutz sowohl kompakter metallischer Vorrichtungen als auch einer Gruppe von metallischen Vorrichtungen geeignet ist, die im Seewasserbereich oder Erdreich angeordnet sind, oder auch im Innenschutz benutzt werden können. Außer einfacher Herstellung soll auch eine hohe Zuverlässigkeit und Druckbeständigkeit bezüglich Stromübertragung und Dichtigkeit erzielt werden. Dabei sollen nicht nur röhrenförmige sondern be­ liebig geformte Anoden angeschlossen werden können.

Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausnehmung im Ende eines aus Ventilmetall bestehenden Stromzuführungsbolzens des Anodenelements gebildet ist, in die das abisolierte Ende des Anschlußkabels hineinragt, daß neben dem Ende der Ummantelung des Anschlußkabels auch das Ende des Stromzu­ führungsbolzens von einem aus elastischem, elektrisch isolierendem Werkstoff bestehenden Ringkörper als Dichtteil manschettenförmig umhüllt ist, wobei die zur Abdichtung erforderliche Pressung in radialer Richtung durch wenigstens eine auf das Dichtteil wirkende plastisch verformbare Preßhülse gebildet ist.

Als vorteilhaft erweist sich die Beständigkeit der Dichtung aufgrund der Er­ haltung der Flexibilität des Dichtungsbereiches, so daß im Gegensatz zu aus­ härtbaren Gießharzdichtungen auch bei Änderungen von Betriebsdruck oder Ar­ beitstemperatur die Dichtigkeit stets erhalten bleibt und Spaltbildungen zwi­ schen Gießharz und Werkstück sicher vermieden werden können. Die elektrische Verbindung kann dabei einem Betriebsdruck von bis zu 25 bar ausgesetzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen Ringkörper aus Gummi, insbesondere aus Neopren vorzusehen, da hierbei Arbeitstemperaturen bis zu 90°C ohne Verlust der Dichtigkeit angewendet werden können.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nicht nur kompakte Einzelobjekte gegen kathodische Korrosion geschützt werden können, sondern beispielsweise auch verzweigte Systeme wie beispielsweise Tanks in Raffinerieanlagen aufgrund der Möglichkeit der Verzweigung der Stromanschlußkabel geschützt werden kön­ nen. Der auf die Abdichtung einwirkende Betriebsdruck kann bis zu 20 bar be­ tragen.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 7 gelöst.

Als vorteilhaft erweist sich hierbei die Möglichkeit der Herstellung der Ver­ bindung in üblichen Fertigungsanlagen mittels Spindelpresse und Ziehverfahren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 8 bis 11 angegeben.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Stromanschlußbolzen einer­ seits als Bestandteil der Anode gefertigt werden kann, andererseits jedoch auch lediglich die Stromzuführungsfunktion wahrnimmt, während die eigentliche Anode von der Verbindungsstelle entfernt angeordnet ist und somit als Anode in beliebiger Form ausgeführt sein kann.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Verbindung zwischen Anschlußkabel und Stromzuführungsbolzen im Längsschnitt vor ihrer endgültigen Montage;

Fig. 2 zeigt einen Verfahrensschritt aus dem Herstellungsverfahren.

Gemäß Fig. 1 weist der Stromzuführungsbolzen 1 an seinem Ende 3 eine Ausneh­ mung 2 auf, in die das abisolierte Ende 5 aus Kupfer oder einer Kupferle­ gierung eines Anschlußkabels 4 hineinragt und durch Quetschung elektrisch leitend und mechanisch fest in der Ausnehmung verankert ist. Stromzuführungs­ bolzen 1 und Anschlußkabel 4 sind wenigstens näherungsweise axialsymmetrisch ausgebildet und entlang einer Achse 10 angeordnet. Außerhalb der Ausnehmung 2 ist das Stromanschlußkabel 4 mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung 6 versehen. Das Ende 3 des Stromzuführungsbolzens 1 sowie das Ende 7 der Umman­ telung 6 des Strom-Anschlußkabels sind zusammen mit der Verbindungsstelle von einem Ringkörper 8 aus elastischem Material umhüllt, der seinerseits von einer plastisch verformbaren Preßhülse 9 als Abschlußkörper umgeben ist. Die elek­ trisch leitende und mechanische Verbindung zwischen dem Kern 5 und dem Kon­ taktbereich auf der Innenfläche der Ausnehmung 2 wird durch Quetschung zwischen dem Ende 3 des Stromzuführungsbolzens 1 und dem Material des Kerns 5 erzielt. Das Ende 3 des Stromzuführungsbolzens 1 und das Ende 7 der Ummante­ lung 6 des Strom-Anschlußkabels 4 werden von dem Ringkörper 8 aus elasti­ schem Werkstoff umfaßt, welcher entlang der Achse 10 eine Bohrung aufweist, die die beiden Enden zusammen mit der Verbindungsstelle 11 zwischen Kern 5 und Stromzuführungsbolzen 1 umgibt. Der aus Gummi oder Silicon bestehende Ring­ körper 8 ist seinerseits wiederum von einer Preßhülse 9 umgeben, der aus pla­ stisch verformbarem Werkstoff, in vorliegendem Fall aus Titan besteht. Durch Preßdruck in radlaler Richtung, wie er symbolisch durch die Pfeile 19 ange­ zeigt ist, wird der Ringkörper 8 so auf die Enden 3 und 7 vom Stromzufüh­ rungsbolzen 1 und Strom-Anschlußkabel 4 gepreßt, daß die Verbindungsstelle gegenüber der äußeren Umgebung flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Mit Be­ zugsziffer 12 ist die Ventilmetallanode, im vorliegenden Fall die Titananode schematisch dargestellt. Die Anode kann dabei rohrförmig ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, eine beliebig geformte Anode in Verbindung mit dem Stromanschlußbolzen vorzusehen.

Gemäß Fig. 2 wird das Anschlußkabel 4 durch eine sich konisch verjüngende Öffnung eines Stahl-Ziehsteins 13 geführt, wobei das Ende 7 des Strom-An­ schlußkabels 4 bereits durch Einquetschung seines abisolierten Endes in der Ausnehmung des Stromzuführungsbolzens 1 elektrisch leitend und mechanisch fest mit dem Stromzuführungsbolzen 1 verbunden ist. Die Verbindungsstelle 11 ist koaxial zu der Achse 10 von dem elastischen Ringkörper 8 und der Preßhülse 9 umgeben, wobei die Preßhülse 9 über das Ende des Stromzuführungsbolzens 1 hinausragt. Im Bereich des überstehenden kragenartigen Endes 14 des Abschluß­ körpers greift der Stempel 17 einer nur teilweise dargestellten Spindel­ presse an, welcher die aus Anschlußkabel 4, Stromzuführungsbolzen 1, Ring­ körper 8 und Preßhülse 9 bestehende Gesamtanordnung in den sich kegelstumpfartig verjüngenden Hohlraum 15 und den sich daran anschließenden zylindrischen Hohl­ raum 16 des Ziehsteins 13 einführt bzw. hineinpreßt. Aufgrund des durch Stem­ pel 17 der Spindelpresse ausgeübten Druckes entlang der Achse 10 auf das Ende 14 der plastisch verformbaren Preßhülse 9 wird beim Passieren des Stahl- Ziehsteins 13 der Durchmesser der Preßhülse 9 verringert, so daß sich auf dem Ringkörper 8 ein erhöhter Druck in radialer Richtung aufbaut, welcher für den erwünschten flüssigkeitsdichten Abschluß an den beiden Enden 3 und 7 vom Stromzuführungsbolzen 1 und Anschlußkabel 4 sorgt. Die vom Stempel 17 ausge­ übte Wirkung des Drucks ist symbolisch durch die Pfeile 20 dargestellt.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Stromzuführungsbolzen aus Titan mit einem Durchmesser von 10 mm gebildet, während die Preßhülse 9 aus einem Titanrohr mit einem Durchmesser von 32 mm besteht. Nach dem Durch­ laufen des Stahl-Ziehsteins 13 weist die Preßhülse 9 als Abschlußkörper nur noch einen Durchmesser von 26 mm auf, so daß sich eine Reduzierung des Durch­ messers auf ca. 0,8 ergibt. Als Werkstoff für die Preßhülse hat sich außer Titan auch in gut leitenden Medien VA-Stahl und warmverformbarer Kunststoff bewährt. Die Abmessungen der Enden von Stromzuführungsbolzen 1 und Stroman­ schlußkabel 4 bleiben praktisch unverändert.

Claims (11)

1. Anodenstruktur für kathodischen Korrosionsschutz mit einem angeschlossenen Anschlußkabel mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung, wobei das zugehörige Anodenelement in Form einer Anode oder einer Anodenverbindung eine Ausnehmung aufweist, in die sich das abisolierte Ende des Anschlußka­ bels formschlüssig einen elektrischen Kontakt bildend erstreckt und wobei der Verbindungsbereich zwischen Anschlußkabel und Anodenelement durch ein elektrisch isolierendes Dichtteil abgedichtet ist, wobei das Dichtteil an der Ummantelung des Anschlußkabels anliegt und dieses Dichtteil zumindest teilweise von einem hülsenförmigen Element umgeben ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (2) im Ende eines aus Ventilmetall bestehen­ den Stromzuführungsbolzens (1) des Anodenelements (12) gebildet ist, in das das abisolierte Ende des Anschlußkabels (4) hineinragt, daß neben dem Ende (7) der Ummantelung (6) des Anschlußkabels (4) auch das Ende (3) des Stromzuführungsbolzens (1) von einem aus elastischem, elektrisch iso­ lierendem Werkstoff bestehenden Ringkörper (8) als Dichtteil manschetten­ förmig umhüllt ist, wobei die zur Abdichtung erforderliche Pressung in radialer Richtung durch wenigstens eine auf das Dichtteil wirkende pla­ stisch verformbare Preßhülse (9) gebildet ist.

2. Anodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ fläche der Ausnehmung (2) wenigstens zum Teil ein Metall oder eine Metal­ legierung aufweist, dessen elektrische Leitfähigkeit größer ist als die des Ventilmetalls.

3. Anodenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abisolierte Ende (5) des Anschlußkabels (4) in die Ausnehmung (2) des Stromzuführungsbolzens (1) eingequetscht ist.

4. Anodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (8) aus Gummi besteht.

5. Anodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßhülse (9) aus Ventilmetall besteht.

6. Anodenstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilme­ tall Titan ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Anodenstruktur für kathodischen Korro­ sionsschutz, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung im Ende eines aus Ventilmetall bestehenden Stromzuführungsbolzens des Anodenelements gebildet wird, in das das abisolierte Ende des Anschlußka­ bels eingebracht und elektrisch leitend, mechanisch fest miteinander ver­ bunden wird, daß sowohl über das Ende der Ummantelung als auch das Ende des Stromzuführungsbolzens ein aus elastischem, elektrisch isolierendem Werkstoff bestehender Ringkörper als Dichtteil aufgeschoben wird, über den Ringkörper eine Preßhülse geschoben wird und daß die Preßhülse durch einen Ziehstein mit einer in Verschiebungsrichtung sich konisch verringernden Ausnehmung gezogen und der Querschnitt der Preßhülse durch plastische Verformung reduziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung durch Druck auf die Preßhülse ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung mittels Druck einer Presse, insbesondere Spindelpresse auf ein über die Länge des Stromzuführungsbolzen hinausragendes Ende der Preßhülse durchge­ führt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Preß­ hülse zunächst durch einen Bereich des Ziehsteins mit einer Ausnehmung in Form eines im Profil sich verjüngenden Kegelstumpfes und anschließend durch einen hohlzylindrisch ausgebildeten Bereich geführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ursprüngliche Durchmesser der Preßhülse durch den Ziehvorgang im Ver­ hältnis von 10 : 9 bis 2 : 1 reduziert wird.