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