DE69015260T2 - Method for electrically connecting non-corrodible anodes to the corrodible core of a power-supplying power supply cable insulated with standard insulating material. - Google Patents
Method for electrically connecting non-corrodible anodes to the corrodible core of a power-supplying power supply cable insulated with standard insulating material.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer versiegelten elektrischen Verbindung zwischen einer nicht-korrodierbaren Anode und dem korrodierbaren Kern eines Stromversorgungskabels. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer versiegelten elektrischen Verbindung zwischen der Anode und dem Kern eines Stromversorgungskabels, das mit einem herkömmliche, preisgünstigen, chemisch widerstandsfähigen Isoliermaterial isoliert ist.The present invention relates to a method for producing a sealed electrical connection between a non-corrodible anode and the corrodible core of a power supply cable. In particular, the invention relates to a method for producing a sealed electrical connection between the anode and the core of a power supply cable which is insulated with a conventional, low-cost, chemically resistant insulating material.
Die Verwendung von kathodischem Schutz als Mittel zur Eindämmung der Korrosion von Metallstrukturen, die in natürlicher Umgebung, wie zum Beispiel Meerwasser, Süßwasser oder in der Erde arbeiten, ist bekannt und wird weit verbreitet angewendet. Derartige Systeme arbeiten mit Hilfe der elektrochemischen Reduzierung des Sauerstoffs, der sich in der Nähe der Oberfläche der zu schützenden Struktur befindet. Korrosion des Metalls wird verhindert, weil der Sauerstoff in der Nähe der Oberfläche der Struktur entfernt wird.The use of cathodic protection as a means of controlling corrosion of metal structures operating in natural environments, such as seawater, freshwater or underground, is well known and widely used. Such systems work by means of electrochemical reduction of oxygen located near the surface of the structure to be protected. Corrosion of the metal is prevented because the oxygen near the surface of the structure is removed.
Kathodischer Schutz kann durch die Verwendung von Opferelektroden oder alternativ durch Stromanlegen erzeugt werden. Bei dem Verfahren des Stromanlegens, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist die zu schützende Struktur durch die Verbindung der Struktur mit dem negativen Pol einer elektrischen Stromquelle kathodisch polarisiert. Die Anode ist mit dem positiven Pol derselben Stromquelle verbunden. Der entstehende zirkulierende Strom bewirkt eine Reduzierung des Sauerstoffs an der Kathode, während eine Oxidation von Anionen an der Anode stattfindet.Cathodic protection can be achieved by using sacrificial electrodes or alternatively by applying current. In the method of applying current to which the present invention relates, the structure to be protected is cathodically polarized by connecting the structure to the negative pole of an electrical current source. The anode is connected to the positive pole of the same current source. The resulting circulating current causes a reduction of oxygen at the cathode, while an oxidation of anions at the anode.
Die zum kathodischen Schutz von eingegrabenen oder eingetauchten Metallstrukturen durch das Verfahren der Stromeinprägung verwendeten Anoden müssen häufig in großer Entfernung von der Oberfläche der zu schützenden Struktur angeordnet werden, damit eine gleichmäßige Verteilung des Stromes über die gesamte Struktur sichergestellt ist. Daher muß der elektrische Strom den Anoden unter Verwendung von Stromversorgungskabeln mit niedrigem ohmschen Spannungsabfall zugeführt werden. Derartige Kabel bestehen üblicherweise aus isoliertem Kupfer oder Aluminium. Diese hochleitfähigen Metalle werden jedoch anodisch schnell aufgelöst, wenn sie mit dem Medium, entweder Wasser oder Boden, in welchem die Anoden arbeiten, in Kontakt kommen.The anodes used for cathodic protection of buried or submerged metal structures by the current injection technique must often be located a long distance from the surface of the structure to be protected in order to ensure an even distribution of the current over the entire structure. Therefore, the electrical current must be supplied to the anodes using power cables with a low ohmic voltage drop. Such cables are usually made of insulated copper or aluminum. However, these highly conductive metals are rapidly anodically dissolved when they come into contact with the medium, either water or soil, in which the anodes operate.
Die Einführung von Daueranoden, also Anoden aus Material, das widerstandsfähig gegen anodische Korrosion und Auflösung ist, stellt eine wichtige technologische Verbesserung dar, weil diese Anoden eine praktisch unbegrenzte Nutzungsdauer oder zumindest eine viel längere Standzeit als herkömmliche Anoden, die beim Stromeinprägeverfahren verwendet werden, beispielsweise aus Graphit, Gußeisen-Silicium-Chrom, Magnetit, usw. bieten. Daueranoden werden üblicherweise mit einer Basis aus Ventilmetall, wie zum Beispiel Titan, Tantal, Niob, Hafnium, Wolfram, Zirkon oder deren Legierungen hergestellt. Die Anodenoberfläche ist wenigstens teilweise mit einer Schicht aus einem korrosionsbeständigen und anodisch nicht passivierbaren Material beschichtet, wie zum Beispiel einem Edelmetall aus der Platingruppe, wie Platin, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osinium oder bevorzugter einem Oxid davon einzeln oder vermischt mit anderen Materialien, oder als Mischkristalle mit Oxiden von Ventilmetallen oder anderen Metallen, bevorzugt anderen Übergangsmetallen.The introduction of permanent anodes, i.e. anodes made of material that is resistant to anodic corrosion and dissolution, represents an important technological improvement because these anodes offer a practically unlimited service life or at least a much longer service life than conventional anodes used in the current injection process, for example made of graphite, cast iron silicon chromium, magnetite, etc. Permanent anodes are usually made with a base of valve metal, such as titanium, tantalum, niobium, hafnium, tungsten, zirconium or their alloys. The anode surface is at least partially coated with a layer of a corrosion-resistant and anodically non-passivable material, such as a noble metal from the platinum group, such as platinum, iridium, rhodium, ruthenium, palladium, osinium or, more preferably, an oxide thereof, individually or mixed with other materials, or as mixed crystals with oxides of valve metals or other metals, preferably other transition metals.
Mit dem Aufkommen der neuen Dauerelektroden, die extrem lange Betriebszeiträume ermöglichen, hat die Gewährleistung, daß alle die Anodenstruktur bildenden Teile eine Verläßlichkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen, die der der Anode selbst entsprechen allergrößte Bedeutung erlangt. Insbesondere ist die wichtigste zu erfüllende Anforderung, eine geeignete elektrische Verbindung zu dem Stromversorgungskabel bereitzustellen, die dauerhaft und vom Kontakt mit dem Medium, in welchem die Anodenstruktur arbeitet, absolut geschützt ist.With the advent of new permanent electrodes, which allow extremely long operating periods, the guarantee that all parts forming the anode structure have a reliability and durability equivalent to that of the anode itself. In particular, the most important requirement to be met is to provide a suitable electrical connection to the power supply cable which is durable and absolutely protected from contact with the medium in which the anode structure operates.
Verschiedenste Lösungen wurden dazu vorgeschlagen. Darunter beschreibt das U.S. Patent Nr. 3,134,731 ein Verbindungsverfahren, das Stopfbüchsen und Dichtungswachs verwendet. Das U.S. Patent Nr. 2,841,413 beschreibt ein Verbindungsverfahren, das eine auf ein Ende der Anode geschweißte Manschette verwendet, wobei die leitenden Drähte des Stroßversorgungskabels in die Manschette eingeführt werden, die dann auf die Drähte gequetscht wird. Die elektrische Verbindung wird mittels eines undurchlässigen Klebebandes geschützt. Durch die Verwendung von zusätzlichem Dichtungsmaterial wird aber eine perfekte Reduzierbarkeit und Verläßlichkeit der Versiegelung nicht immer erreicht. Darüber hinaus verlieren die zum Versiegeln der Verbindung verwendeten Materialien nach und nach ihre charakteristischen Eigenschaften und Wirksamkeit und die Leistungsfähigkeit der Anodenstruktur hängt oft von der effektiven Lebensdauer dieser Hilfsmittel ab.Various solutions have been proposed. Among them, U.S. Patent No. 3,134,731 describes a connection method using glands and sealing wax. U.S. Patent No. 2,841,413 describes a connection method using a sleeve welded to one end of the anode, the conductive wires of the power cable are inserted into the sleeve, which is then crimped onto the wires. The electrical connection is protected by an impermeable adhesive tape. However, the use of additional sealing material does not always achieve perfect reducibility and reliability of the seal. In addition, the materials used to seal the connection gradually lose their characteristic properties and effectiveness, and the performance of the anode structure often depends on the effective life of these aids.
Um die Notwendigkeit von Stopfbüchsen, Dichtungsbändern und anderen Hilfsmitteln zu vermeiden, schlägt das U.S. Patent Nr. 4,526,666 die Verwendung eines kontinuierlichen Kabels vor, das mit einem Elastomermaterial, wie zum Beispiel Ethylenpropylen-Kautschuk (EPR) oder chloriertes, polysulfoniertes Polyethylen (HYPALON, hergestellt von DuPont de Nemours), welches durch röhrenförmige Anoden geführt wird. Die Anoden sind über den Bereichen des Kabels angeordnet, in denen zuvor die Isolierung abgezogen wurde und die Anodenenden zur Bildung einer Dichtung zwischen der Anode und dem Isoliermantel auf die Isolation gepreßt worden sind. Eine auf dem freigelegten Bereich des Kabels angeordnete geschlitzte Manschette aus leitfähigem Material stellt eine ausreichende elektrische Verbindung zwischen der Anode und dem Kabel her.To avoid the need for glands, sealing tapes and other devices, U.S. Patent No. 4,526,666 proposes the use of a continuous cable covered with an elastomeric material such as ethylene propylene rubber (EPR) or chlorinated polysulfonated polyethylene (HYPALON, manufactured by DuPont de Nemours) which is passed through tubular anodes. The anodes are placed over the areas of the cable where the insulation has been previously stripped and the anode ends have been pressed onto the insulation to form a seal between the anode and the insulating jacket. A slotted sleeve of conductive material placed over the exposed area of the cable provides adequate electrical connection between the anode and the cable.
Obwohl das obenbeschriebene Verfahren durch die Verwendung der Ummantelung aus elastomerem Material zur Bildung der notwendigen Versiegelung die Notwendigkeit von zusätzlichen Dichtungsmitteln umgeht, ist dieses Verfahren nicht ohne Nachteile. Aufgrund der hohen Kosten der mit elastomerem Isoliermaterial isolierten Kabel ist es nicht machbar, Anodensysteme zu entwickeln, die nur eine Anode pro Kabel aufweisen und deshalb muß zur Kostenreduzierung eine Vielzahl Anoden entlang eines einzigen Kabels angeschlossen werden. Die Anordnung vieler Anoden an einem einzigen Kabel wird als nachteilig betrachtet, denn falls mehrere Anoden an dem gleichen Kabel installiert sind, führt das Versagen einer Anode auf dem Kabel automatisch zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises aller Anoden auf dem Kabel, die sich unterhalb (stromabwärts) von der funktionsunfähgien Anode befinden. Darüber hinaus sind diese elastomeren Isoliermaterialien nicht sehr widerstandsfähig gegen Chemikalien und wenn die Kabel beispielsweise vergraben sind, wird die Umgebung die Isolierung schnell verschlechtern, so daß das darunterliegende Kabel ab diesem Zeitpunkt beginnt, zu korrodieren. Elastomere Isoliermaterialien sind besonders bekannt für ihre geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber feuchtem Chlor, das häufig dann vorkommt, wenn die Anoden in Meerwasser verwendet werden. Diese Materialien zersetzen sich sehr schnell in Anwesenheit von Chlor, so daß der Kupferleiter des Stromversorgungskabels der aggressiven Umgebung ausgesetzt ist.Although the method described above obviates the need for additional sealants by using the elastomeric material sheath to form the necessary seal, this method is not without its drawbacks. Due to the high cost of cables insulated with elastomeric insulating material, it is not feasible to develop anode systems that have only one anode per cable and therefore, to reduce costs, a large number of anodes must be connected along a single cable. The arrangement of many anodes on a single cable is considered disadvantageous because if several anodes are installed on the same cable, the failure of one anode on the cable will automatically break the electrical circuit of all anodes on the cable located below (downstream) the inoperative anode. In addition, these elastomeric insulation materials are not very resistant to chemicals and if the cables are buried, for example, the environment will quickly degrade the insulation, at which point the cable underneath will begin to corrode. Elastomeric insulation materials are particularly known for their poor resistance to wet chlorine, which often occurs when the anodes are used in sea water. These materials decompose very quickly in the presence of chlorine, leaving the copper conductor of the power cable exposed to the aggressive environment.
Die vorliegende Erfindung ist direkt auf die obengenannten Probleme gerichtet und stellt ein Verfahren bereit, zum Anschluß einer Anode an ein Stromversorgungskabel, das mit einem herkömmlichen, preiswerten, chemisch widerstandsfähigen Isoliermantel isoliert ist, in einer lecksicheren und dauerhaften Art und Weise, ohne auf Stopfbüchsen, Dichtungsbänder und andere zusätzlichen Dichtungsmittel angewiesen zu sein.The present invention directly addresses the above-mentioned problems and provides a method for connecting an anode to a power cable insulated with a conventional, inexpensive, chemically resistant insulating jacket in a leak-proof and permanent manner without relying on glands, sealing tapes and other additional sealing means.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders gut zum Anschluß von einer oder mehrerer Anoden geeignet, die in festen Abständen entlang des isolierten Stromversorgungskabels angeordnet sind, das koaxial durch die Anode oder Anoden durchgeführt ist und das sowohl als Haltemittel als auch als Stromleitungsmittel von einer Anode zur anderen dient.The method of the present invention is particularly well suited to connecting one or more anodes arranged at fixed spaces along the insulated power supply cable which is passed coaxially through the anode or anodes and which serves both as a holding means and as a current conducting means from one anode to the other.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer versiegelten elektrischen Verbindung zwischen anodisch unlösliche, röhrenförmigen Ventilmetall-Anoden und eines korrodierbaren Kerns eines isolierten Stromversorgungskabels, das durch einen Isoliermantel isoliert ist, umfaßtThe method of the invention for producing a sealed electrical connection between anodically insoluble tubular valve metal anodes and a corrodible core of an insulated power cable insulated by an insulating jacket comprises
a) Anbringen einer Anzahl duktiler Metallhülsen über der röhrenförmigen Ventilmetall-Anode, die eine korrosionsbeständige Außenfläche aufweist;(a) fitting a number of ductile metal sleeves over the tubular valve metal anode having a corrosion resistant outer surface;
b) Durchführen des isolierten Kabels durch die röhrenförmige Anode bis zu einem Segment des Kabels, von dem zuvor die Isolierschicht abgezogen wurde und das eine geschlitzte Manschette aus hochleitfähigem Metall um den leitfähigen Kern des Kabels aufweist, wobei sich die Manschette unter einer der Hülsen befindet und;b) passing the insulated cable through the tubular anode to a segment of the cable from which the insulating layer has been previously stripped and which has a slotted sleeve of highly conductive metal around the conductive core of the cable, the sleeve being located under one of the sleeves and;
c) plastisches Verringern des Umfangs der Anode im Bereich der außen befindlichen Hülsen durch Kaltstauchen der Ventilmetall-Anode, um die im Bereich einer der Hülsen auf dem leitfähigen Kern angeordnete geschlitzte Manschette und im Bereich der Hülse(n), die auf wenigstens einer Seite der im Bereich der geschlitzten Manschette befindlichen Hülse angeordnet ist (sind), und istc) plastically reducing the circumference of the anode in the area of the external sleeves by cold heading the valve metal anode around the slotted sleeve arranged on the conductive core in the area of one of the sleeves and in the area of the sleeve(s) arranged on at least one side of the sleeve located in the area of the slotted sleeve, and
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) außerdem folgenden Schritt umfaßt:characterized in that the method between step a) and step b) further comprises the following step:
Durchführen des isolierten Stromversorgungskabels durch wenigstens ein Stück eines Elastomerschlauchs, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Isoliermantels und dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Anode ist; worin im nachfolgenden Schritt b) das Isolierkabel und der Elastomerschlauch oder die -schläuche so durch die röhrenförmige Anode geführt werden, daß wenigstens ein Stück des Schlauchs auf wenigstens einer Seite des abgezogenen Kabelsegments und unter wenigstens einer der Hülsen angeordnet ist, wobei die Dicke der Manschette im wesentlichen gleich der Gesamtdicke der Kabelisolierung und des Elastomerschlauchs ist; und worin im Schritt c) das Kaltstauchen der Ventilmetall-Anode im Bereich der wenigstens auf einer Seite der im Bereich der geschlitzten Manschette befindlichen Hülse angeordneten Hülse(n) direkt um das Stück oder die Stücke des Schlauchs bewirkt wird.Passing the insulated power cable through at least one piece of elastomeric tubing, the inner diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the insulating jacket and the outer diameter of which is slightly smaller than the inner diameter of the anode; wherein in the following step b) the insulating cable and the elastomeric tubing or tubings are passed through the tubular anode such that at least one piece of tubing is arranged on at least one side of the stripped cable segment and under at least one of the sleeves, the thickness of the sleeve being substantially equal to the total thickness of the cable insulation and the elastomeric tubing; and wherein in step c) the cold heading of the valve metal anode is effected in the region of the sleeve(s) arranged on at least one side of the sleeve located in the region of the slotted sleeve directly around the piece or pieces of tubing.
Das Kabel ist flexibel und besteht aus geflochtenen oder verseilten Drähten aus einem leitfähigen Metall, wie zum Beispiel Kupfer, verzinntem Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Das Kabel kann mit jedem üblicherweise geeigneten Isoliermaterial isoliert sein. Mehrere Kabelisoliermaterialien wurden in letzter Zeit speziell zur Verwendung im Bereich des kathodischen Schutzes entwickelt. Zu diesen Materialien gehören Doppelschichtisolierungen, bei denen die Außenschicht aus Polyethylen mit hohem Molekulargewicht (HMWPE) und die Innenschicht aus KYNAR (Polyvinyliden-Difluorid, hergestellt von Pennwalt Corp.) oder HALAR (Fluorpolymer, hergestellt von Allied Chemical Corp.) besteht. Diese Materialien zeigen eine überlegene Widerstandsfähigkeit gegenüber den azidischen und manchmal chlorgesättigten Umgebungen, in denen die Anoden häufig arbeiten und ihre Verwendung wird bevorzugt. Andere gut geeignete Isoliermaterialien umfassen HMWPE, KYNAR, HALAR, TEFLON (Polytetrafluorethylen, hergestellt von E.I. DuPont de Nemours & Co.), Kombinationen von HMWPE und KYNAR, HMWPE und HALAR, und HMWPE und TEFLON.The cable is flexible and consists of braided or stranded wires of a conductive metal such as copper, tinned copper, aluminum and/or steel. The cable may be insulated with any commonly suitable insulating material. Several cable insulating materials have recently been developed specifically for use in cathodic protection. These materials include double-layer insulation in which the outer layer is made of high molecular weight polyethylene (HMWPE) and the inner layer is made of KYNAR (polyvinylidene difluoride, manufactured by Pennwalt Corp.) or HALAR (fluoropolymer, manufactured by Allied Chemical Corp.). These materials exhibit superior resistance to the acidic and sometimes chlorine-saturated environments in which the anodes often operate and their use is preferred. Other suitable insulating materials include HMWPE, KYNAR, HALAR, TEFLON (polytetrafluoroethylene manufactured by E.I. DuPont de Nemours & Co.), combinations of HMWPE and KYNAR, HMWPE and HALAR, and HMWPE and TEFLON.
Die in dieser Anmeldung beschriebene Anordnung kann in allen Arten von kathodischen Schutzeinrichtungen verwendet werden, wie zum Beispiel in tiefen Bodenfundamenten, horizontalen Bodenfundamenten, flachen senkrechten Bodenfundamenten, Küsteneinrichtungen, Wassertanks und anderen. Der Einsatz derartiger Anordnungen ist besonders bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen die Anoden schwer ersetzt werden können, wie zum Beispiel in tiefen Bodenfundamenten, und in Bodenfundamenten oder in Meerwasser, bei denen naßes Chlorgas wahrscheinlich mit der Kabelisolierung in Kontakt kommt. Die Anbringung aller Anoden auf einem Kabel wird dann nicht empfohlen, wenn die Anodeninstallation schwierig und teuer ist, weil das Versagen einer Anode den elektrischen Stromkreis zu allen stromabwärts liegenden Anoden unterbricht. Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung, mit relativ billigen Stromversorgungskabeln zu arbeiten, ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz von vielen Kabeln.The arrangement described in this application can be used in all types of cathodic protection facilities, such as deep ground foundations, horizontal ground foundations, shallow vertical ground foundations, coastal facilities, water tanks and others. The use of such arrangements is particularly advantageous in applications where the anodes are difficult to replace, such as in deep ground foundations, and in ground foundations or in sea water where wet chlorine gas is likely to come into contact with the cable insulation. The placement of all anodes on one cable is not recommended where anode installation is difficult and expensive because failure of one anode breaks the electrical circuit to all downstream anodes. The ability of the arrangement of the invention to operate with relatively inexpensive power cables allows the economical use of many cables.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Anzahl duktiler Metallhülsen über einer röhrenförmigen Ventilmetall- Anodenbuchse angeordnet, die eine korrosionsbeständige Außenfläche aufweist. Die Anode kann aus irgendeiner Ventilmetallgrundlage bestehen, wie zum Beispiel Titan, Tantal, Niob, Hafnium, Wolfram, Zirkon oder deren Legierungen, mit oder ohne einem leitfähigen Überzug. Bevorzugt besteht die Anode aus Titan mit einem leitfähigen katalytischen Überzug aus Mischmetalloxid. Bevorzugt besteht der katalytische Überzug aus Mischmetalloxid aus einem nicht passivierbaren Material, wie zum Beispiel einem zur Platingruppe gehörenden Edelmetall, wie Platin, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium oder deren Mischungen. Bevorzugter werden ein Oxid eines dieser Materialien oder deren Mischung oder andere Übergangsmetalle verwendet.In the method of the invention, a number of ductile metal sleeves are placed over a tubular valve metal anode sleeve having a corrosion resistant outer surface. The anode may be made of any valve metal base such as titanium, tantalum, niobium, hafnium, tungsten, zirconium or alloys thereof, with or without a conductive coating. Preferably, the anode is made of titanium with a conductive mixed metal oxide catalytic coating. Preferably, the mixed metal oxide catalytic coating is made of a non-passivable material such as a platinum group noble metal such as platinum, iridium, rhodium, ruthenium, palladium, osmium or mixtures thereof. More preferably, an oxide of one of these materials or a mixture thereof or other transition metals are used.
Das Stromversorgungskabel wird durch wenigstens ein Stück des Elastomerschlauchs durchgeführt, wobei der Schlauch einen Innendurchmesser, der etwas größer als die Kabelisolierung ist, und der einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser der Anode ist. Bevorzugt besteht der Schlauch aus einem elastomeren EPDM (dienmodifizierter Ethylen- Propylen-Copolymer-Kautschuk)-Schlauch. Andere geeignete Schlauchmaterialien umfassen EPR (Ethylen-Propylen-Copolymer), Neopren und Naturkautschuk. Kabel und Schlauch werden durch die Anode geführt bis zu einem Segment des Kabels, von dem zuvor die Isolierschicht abgezogen wurde und das eine hochleitfähige, geschlitzte Manschette aufweist, deren Dicke im wesentlichen der Gesamtdicke der Kabelisolierung und des Elastomerschlauchs entspricht, wobei sich die Manschette unter der Hülsen befindet und wenigstens ein Stück des Schlauchs auf wenigstens einer Seite des abgezogenen Kabelsegments und unter wenigstens einer der Hülsen angeordnet ist.The power supply cable is passed through at least a piece of the elastomeric hose, the hose having an inner diameter slightly larger than the cable insulation and an outer diameter slightly smaller than is the inner diameter of the anode. Preferably, the hose is made of an elastomeric EPDM (diene-modified ethylene-propylene copolymer rubber) hose. Other suitable hose materials include EPR (ethylene-propylene copolymer), neoprene and natural rubber. The cable and hose are guided through the anode to a segment of the cable from which the insulating layer has previously been stripped and which has a highly conductive, slotted sleeve whose thickness corresponds essentially to the total thickness of the cable insulation and the elastomer hose, the sleeve being located under the sleeves and at least a piece of the hose being arranged on at least one side of the stripped cable segment and under at least one of the sleeves.
Die geschlitzte Manschette besteht bevorzugt aus silberplattiertem Kupfer, kann aber auch aus nicht-plattiertem Kupfer, verzinntem Kupfer, Aluminium, einer Nickellegierung, einem Ventilmetall oder anderem leitfähigen Material bestehen. Die Hülsen bestehen bevorzugt aus Kupfer, können aber auch aus Eisen oder anderen Materialien bestehen. Die Hülsen können eine Wandstärke zwischen 0,1 und 10 mm und eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich ist wie oder größer als die Länge der auf dem leitfähigen Kern des Stromversorgungskabels befestigten geschlitzten Manschette.The slotted sleeve is preferably made of silver-plated copper, but may also be made of non-plated copper, tinned copper, aluminum, a nickel alloy, a valve metal or other conductive material. The sleeves are preferably made of copper, but may also be made of iron or other materials. The sleeves may have a wall thickness of between 0.1 and 10 mm and a length that is substantially equal to or greater than the length of the slotted sleeve attached to the conductive core of the power cable.
Nach der erforderlichen Positionierung wird die Fixierung durchgeführt, indem die so vorbereitete Anodenanordnung in einen segmentierten, kreisförmigen Sattel einer Schmiedepresse eingeführt und der Sattel um die Außenhülsen geschlossen wird, die Ventilmetallröhre auf die geschlitzte Manschette und den leitfähigen Kern des Stromversorgungskabels (durch Kaltstauchen) geschmiedet wird, so daß eine feste elektrische Verbindung zwischen der Anode und dem Kabel hergestellt wird. Die duktilen Außenhülsen erleiden oberflächlich aufgrund der Einwirkung des kreisförmigen Schmiedesattels eine unvermeidliche Runzelbildung und erlauben eine gleichmäßigere Querschnittsverminderung ohne nennenswerte Runzelbildung des darunterliegenden Ventilmetalls.After the required positioning, fixation is carried out by inserting the prepared anode assembly into a segmented circular saddle of a forging press and closing the saddle around the outer sleeves, forging the valve metal tube onto the slotted sleeve and the conductive core of the power cable (by cold heading) so that a strong electrical connection is made between the anode and the cable. The ductile outer sleeves suffer inevitable wrinkling on the surface due to the action of the circular forging saddle and allow a more uniform reduction in cross-section without significant wrinkling of the underlying valve metal.
Die Versiegelung findet statt durch die Anordnung der zusätzlichen Hülsen in der Nähe der beiden Enden der Anode an Orten, die über dem Elastomerschlauch liegen, und durch Kaltstauchen der zusätzlichen Hülsen, wie oben beschrieben. So wird die Ventilmetallröhre plastisch auf den Elastomerschlauch gequetscht, der wiederuin auf den Isoliermantel des Stromversorgungskabels gequetscht wird, so daß eine perfekte Flüssigkeitsdichtung gewährleistet wird.The sealing is accomplished by arranging the additional sleeves near the two ends of the anode at locations overlying the elastomeric tubing and by cold heading the additional sleeves as described above. Thus, the valve metal tube is plastically crimped onto the elastomeric tubing, which in turn is crimped onto the insulating jacket of the power cable, thus ensuring a perfect fluid seal.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus vorteilhaft, weil die gleichmäßige plastische Umfangsverringerung der Anode über dem Elastomerschlauch ohne die Erzeugung wahrnehmbarer Runzeln der Ventilmetallröhre selbst erreicht wird, welche Mikrorisse hervorrufen oder das Ventilmetall einer möglichen örtlichen Spannungskorrosion aussetzen könnten. Darüber hinaus verhindert die ungewöhnlich gleichmäßige Umfangsverringerung der Anode unterhalb der duktilen Hülsen das Einschnüren des Elastomerschlauchs, was ansonsten Fehler in der Flüssigkeitsdichtung hervorrufen könnte.The process of the invention is further advantageous because the uniform plastic contraction of the anode above the elastomeric tube is achieved without creating noticeable wrinkling of the valve metal tube itself which could cause microcracks or expose the valve metal to possible localized stress corrosion. In addition, the unusually uniform contraction of the anode below the ductile sleeves prevents pinching of the elastomeric tube which could otherwise cause failures in the fluid seal.
Die duktilen Außenhülsen können nach Beendigung des Zusammenbaus beispielsweise mit Hilfe einer Abgratfräse entfernt oder in ihrer Lage belassen werden. Die Hülsen können auch aus einem gegen anodische Auflösung widerstandsfähigen Ventilmetall bestehen oder sie können bevorzugter aus einem anodisch löslichen Material, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Eisen (ARMCO-Eisen) oder Kupfer-Nickel-Legierungen bestehen. In letzterem Fall werden die Hülsen in ihrer Lage belassen und werden ein integrierter Teil der Anode, wobei sie während der Anfangsphase des Betriebs anodisch zersetzt werden.The ductile outer sleeves can be removed after assembly is complete, for example by means of a trimming machine, or they can be left in place. The sleeves can also be made of a valve metal resistant to anodic dissolution or, more preferably, they can be made of an anodically soluble material such as copper, aluminum, iron (ARMCO-iron) or copper-nickel alloys. In the latter case, the sleeves are left in place and become an integral part of the anode, being anodically decomposed during the initial phase of operation.
Darüber hinaus stellt die Verwendung von löslichen Hülsen aus Kupfer oder Kupfer-Nickel-Legierung durch ihre Auflösung eine wirksame Quelle von Inhibitormitteln, im wesentlichen in Form von Kupfer-Ionen, gegen die Biofäulnis der Oberfläche der zu schützenden Struktur während der anfänglichen Konditionierung dieser Oberfläche dar.Furthermore, the use of soluble sleeves made of copper or copper-nickel alloy represents, through their dissolution, an effective source of inhibitory agents, essentially in the form of copper ions, against the biofouling of the surface of the structure to be protected during the initial conditioning of this surface.
Das Werkzeugmittel, das für den Schmiedeprozeß verwendet wird, weist einen Werkzeugkörper auf, in den ein segmentierter, durchbohrter Sattel eingepaßt ist, wobei der Durchmesser der Bohrung durch geeignetes Ersetzen der den Sattel bildenden Segmente variierbar ist. Der Werkzeugkörper wird auf der Andruckplatte und auf dem Stößel einer Presse angebracht. Die Presse ist bevorzugt hydraulisch und weist eine Leistungsfähigkeit von etwa 100 bis 200 Tonnen auf. Das hydraulische System der Presse kann vorteilhaft so gestaltet sein, daß bei niedrigem Druck eine schnelle Annäherungsgeschwindigkeit möglich wird, gefolgt von einer langsameren Hochdruck-Schließgeschwindigkeit, bei der die Anordnung geschmiedet wird. Der Schmiedevorgang wird in einem Takt durch das Schließen des Sattels um die Hülsen auf der Außenseite der röhrenförmigen Ventilmetall-Anode vollendet.The tool means used for the forging process comprises a tool body into which a segmented, pierced saddle is fitted, the diameter of the bore being variable by suitably replacing the segments forming the saddle. The tool body is mounted on the platen and ram of a press. The press is preferably hydraulic and has a capacity of about 100 to 200 tons. The hydraulic system of the press may advantageously be designed to allow a fast approach speed at low pressure followed by a slower high pressure closing speed at which the assembly is forged. The forging process is completed in one cycle by closing the saddle around the sleeves on the outside of the tubular valve metal anode.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vielleicht anhand der in den beigefügten Figuren schematisch dargestellten Reihe Zeichnungen und der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser erläutert werden.The method according to the invention can perhaps be better explained with reference to the series of drawings shown schematically in the attached figures and the following description of the preferred embodiment of the invention.
Fig. 1 ist eine Teilansicht des für den Anschluß an eine Anode vorbereiteten Stromversorgungskabels.Fig. 1 is a partial view of the power supply cable prepared for connection to an anode.
Fig. 2 ist eine Ansicht einer röhrenförmigen Anode, die auf das Kabel der Fig. 1 aufgeschoben wurde.Fig. 2 is a view of a tubular anode slid onto the cable of Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Schmiedesattels, der zur Verringerung des Durchmessers der Anode von Fig. 2 verwendet wird.Fig. 3 is a schematic representation of the forging saddle used to reduce the diameter of the anode of Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die röhrenförmige Anode aus Fig. 2 nach dem Schmiedevorgang.Fig. 4 shows the tubular anode from Fig. 2 after the forging process.
Fig. 5 zeigt die Anode aus Fig. 4 nach Entfernung der für das Pressen verwendeten Hülsen oder nachdem die anodische Auflösung derselben abgeschlossen ist.Fig. 5 shows the anode from Fig. 4 after removal of the sleeves used for pressing or after the anodic dissolution the same is completed.
Fig. 6 zeigt eine Endanode, wobei ein Ende der Anode mit einer Titan-Endkappe versiegelt ist.Fig. 6 shows an end anode with one end of the anode sealed with a titanium end cap.
Erfindungsgemäß wird die Lage oder die Lagen der Anoden auf einem Kabel 1 markiert. Beispielsweise könnte der Benutzer zwei röhrenförmige Anoden 6 mit Außendurchmessern von 2,5 cm und Innendurchmessern von 2,3 cm und Längen von 100 cm verwenden wollen, die auf einem HMWPE-isolierten Nr. 10 AWG (American Wire Gage)-Kabel 1 mit einer Gesamtlänge von 70 m angebracht sind, wobei die Anoden einen Abstand von Zentrum zu Zentrum von 6 m aufweisen. Das Kabel 1 ist so markiert, daß jede Anode 6 an der richtigen Stelle auf dem Kabel 1 angeordnet werden kann. Eine Markierung ist für die End-Anode, wie in Fig. 6 dargestellt, 1 m vom Ende des Kabels 1 angebracht und Markierungen für die Zwischenanoden, wie in Fig. 5 dargestellt, sind 6 und 7 m vom Ende des Kabels entfernt angebracht. Zusätzliche Markierungen sind 0,47 m, 0,53 m, 6,47 m und 6,53 m vom Ende des Kabels entfernt angebracht.According to the invention, the location or locations of the anodes are marked on a cable 1. For example, the user may wish to use two tubular anodes 6 with outside diameters of 2.5 cm and inside diameters of 2.3 cm and lengths of 100 cm mounted on a HMWPE insulated No. 10 AWG (American Wire Gage) cable 1 with a total length of 70 m, with the anodes spaced 6 m from center to center. The cable 1 is marked so that each anode 6 can be placed in the correct location on the cable 1. A mark is made for the end anode as shown in Fig. 6 at 1 m from the end of the cable 1 and marks for the intermediate anodes as shown in Fig. 5 are made at 6 and 7 m from the end of the cable. Additional markings are located at 0.47 m, 0.53 m, 6.47 m and 6.53 m from the end of the cable.
Die Kabelisolierung 3 wird dann vom Stromversorgungskabel 1 zwischen der 0,47 m und 0,53 m Markierung und zwischen der 6,47 m und der 6,53 m Markierung entfernt.The cable insulation 3 is then removed from the power supply cable 1 between the 0.47 m and 0.53 m marking and between the 6.47 m and 6.53 m marking.
Der Elastomerschlauch 5a, 5b wird dann auf dem Kabel angeordnet. Die Schläuche hätten einen Innendurchmesser von etwa 3/8 Inch und einen Außendurchmesser von etwa 7/8 Inch. Vier Schläuche mit Längen von 0,47 m wären notwendig. Ein Schlauch würde so weit das Kabel hinuntergeschoben, daß er sich vom 6,53 m bis zum 7 m Punkt vom Ende des Kabels entfernt erstreckt. Der folgende Schlauch würde sich vom 6,0 zum 6,47 m Punkt vom Ende des Kabels erstrecken. Der dritte Schlauch würde sich vom 0,53 bis zum 1,0 m Punkt und der vierte vom 0,00 zum 0,47 m Punkt erstrecken. Metallmanschetten 4a, 4b werden um den nackten Kabeldraht 2 angeordnet. Zwei etwa 0,04 m lange silberplattierte Manschetten würden um jeden 0,6 m langen Abschnitt des zuvor freigelegten Kabeldrahtes angeordnet werden.The elastomeric hose 5a, 5b is then placed on the cable. The hoses would have an inner diameter of about 3/8 inch and an outer diameter of about 7/8 inch. Four hoses with lengths of 0.47 m would be necessary. One hose would be pushed down the cable so that it extends from the 6.53 m to the 7 m point from the end of the cable. The following hose would extend from the 6.0 to the 6.47 m point from the end of the cable. The third hose would extend from the 0.53 to the 1.0 m point and the fourth from the 0.00 to the 0.47 m point. Metal collars 4a, 4b are placed around the bare cable wire 2. Two silver plated collars approximately 0.04 m long would be placed around each 0.6 m long section of previously exposed cable wire.
Figur 1 zeigt die Anordnung für die Zwischenanode an diesem Punkt des Vorgangs. Die Kabelisolierung 3 wurde auf einem kurzen Wegstück entfernt, so daß die Metallmanschetten 4a und 4b um den freigelegten Kabeldraht 2 angeordnet werden können. Zwei Stücke EPDM-Elastomerschlauch, 5a und 5b, wurden auf das Kabel 1 geschoben, wobei ein Stück auf jeder Seite des freigelegten Abschnitts des Kabels angeordnet ist. Die röhrenförmige Anode 6 wird dann auf das Kabel geschoben. Die Anode 6 würde so aufgeschoben werden, daß die Zwischenanode sich von der 6 bis zur 7 m Markierung vom Ende des Kabels aus und die Endanode von der 0 bis zur 1 m Markierung von dem Ende des Kabels aus erstrecken würde. Die Zwischenanode ist ein hohler, an jedem Ende offener Schlauch. Die Endanode ist an einem Ende bei der 1 m Markierung offen, aber an einem Ende bei der 0 m Markierung des Kabels durch eine Endkappe abgedeckt. Das abschließende Ende der Endanode kann auch dadurch versiegelt werden, daß man die Endanode und das Endstück eines Elastomerschlauchs so anordnet, daß sie über das Ende des Kabels hinausragen und man einen Stab aus nicht-elastomerem Kunststoff, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Elastomerschlauchs ist, in den Elastomerschlauch treibt und den Stab an seinem Platz preßt.Figure 1 shows the arrangement for the intermediate anode at this point in the operation. The cable insulation 3 has been removed a short distance so that the metal sleeves 4a and 4b can be placed around the exposed cable wire 2. Two pieces of EPDM elastomeric tubing, 5a and 5b, have been pushed onto the cable 1, one piece being placed on each side of the exposed section of the cable. The tubular anode 6 is then pushed onto the cable. The anode 6 would be pushed on so that the intermediate anode would extend from the 6 to the 7 m mark from the end of the cable and the end anode would extend from the 0 to the 1 m mark from the end of the cable. The intermediate anode is a hollow tube open at each end. The terminal anode is open at one end at the 1 m mark, but covered by an end cap at one end at the 0 m mark on the cable. The terminal end of the terminal anode can also be sealed by arranging the terminal anode and the end piece of an elastomeric tube so that they extend beyond the end of the cable and driving a rod of non-elastomeric plastic, the diameter of which is substantially equal to the inside diameter of the elastomeric tube, into the elastomeric tube and pressing the rod into place.
Die Hülsen werden zu vorher markierten Stellen auf den röhrenförmigen Anoden geschoben. Die 28 mm Außendurchmesser x 26 mm Innendurchmesser x 4 cm langen Kupferhülsen wären an den vom Ende des Kabels 6,95 bis 6,99 m, 6,48 bis 6,52 m, 6,01 bis 6,05 m, 0,95 bis 0,99 m, 0,48 bis 0,52 m und 0,01 bis 0,05 m entfernten Stellen angeordnet. Figur 2 zeigt die Anordnung für die Zwischenanode an diesem Punkt des Vorgangs. Kabel 1 wurde in die beschichtete Titananode 6 eingeführt. Die Anodenröhre ist so angeordnet, daß die mittlere Metallhülse 7 über den Metallmanschetten 4a und 4b und die äußeren Metallhülsen 8, 9 über den Stücken des Elastomerschlauchs 5a und 5b angeordnet sind.The sleeves are slid into pre-marked locations on the tubular anodes. The 28 mm OD x 26 mm ID x 4 cm long copper sleeves would be located at 6.95 to 6.99 m, 6.48 to 6.52 m, 6.01 to 6.05 m, 0.95 to 0.99 m, 0.48 to 0.52 m and 0.01 to 0.05 m from the end of the cable. Figure 2 shows the location for the intermediate anode at this point in the process. Cable 1 has been inserted into the coated titanium anode 6. The anode tube is positioned so that the central metal sleeve 7 is over the metal sleeves 4a and 4b and the outer metal sleeves 8, 9 are arranged above the pieces of elastomer hose 5a and 5b.
Die Anordnung wird seitlich in den in Figur 3 schematisch dargestellten Werkzeugkörper eingesetzt, der einen Werkzeugkörper 10 aufweist, in den ein segmentierter, durchbohrter Sattel eingepaßt ist, der aus einer Reihe Schiebesegmente 11 besteht. Der Sattel ist in Figur 3 schematisch in seiner geschlossenen Stellung an der Anschlaggrenze des Preßhubes dargestellt. Drei aufeinanderfolgende Schmiedevorgänge werden entsprechend der Hülsen 7, 8 bzw. 9 ausgeführt, so daß, wie zuvor dargestellt, eine elektrische Verbindung und das Versiegeln der Verbindung im Hinblick auf die äußere Umgebung gewährleistet wird. Die Hülsen werden gepreßt, so daß der Außendurchmesser der Hülse nach dem Pressen 24,5 cm beträgt. Wie in Figur 4 nach dem Pressen dargestellt, entstehen duktil Längsfalten 12 entlang der äußeren Oberflächen der Metallhülsen 7, 8 und 9. Die Hülsen 7, 8 und 9 werden dann entweder mechanisch oder durch anodisches Auflösen während der Anfangsphase des Betriebs in der Arbeitsumgebung entfernt. An diesem Punkt ist die Anode in Figur 5 dargestellt.The assembly is inserted laterally into the tool body shown schematically in Figure 3, which comprises a tool body 10 into which is fitted a segmented, pierced saddle consisting of a series of sliding segments 11. The saddle is shown schematically in Figure 3 in its closed position at the stop limit of the pressing stroke. Three successive forging operations are carried out corresponding to the sleeves 7, 8 and 9 respectively, so as to ensure electrical connection and sealing of the connection with respect to the external environment as previously shown. The sleeves are pressed so that the outside diameter of the sleeve after pressing is 24.5 cm. As shown in Figure 4 after pressing, ductile longitudinal folds 12 are formed along the outer surfaces of the metal sleeves 7, 8 and 9. The sleeves 7, 8 and 9 are then removed either mechanically or by anodic dissolution during the initial phase of operation in the working environment. At this point the anode is shown in Figure 5.
Die geschmiedeten Abschnitte oder Segmente der Anode aus Titan oder anderem Ventilmetall, die der zentralen Verbindung oder der Versiegelung der beiden Enden entsprechen, sind im wesentlichen zylindrisch und weisen keine Falten auf. Die beiden Enden sind versiegelt, ohne daß ein Stromversorgungskabel mit einem isolierenden Elastomermaterial verwendet werden muß. Das erfindungsgemäße Verfahren greift zu keinem Hilfsmittel zur Versiegelung der elektrischen Verbindung. Die Versiegelung wird vielmehr direkt zwischen der Ventilmetallröhre und dem Elastomerschlauch und der Kabelisolierung hergestellt. Diese Versiegelung erzeugt eine außergewöhnlich gute und dauerhafte Verbindung, die perfekt vor Korrosion geschützt ist.The forged sections or segments of the anode made of titanium or other valve metal, which correspond to the central connection or the sealing of the two ends, are substantially cylindrical and have no folds. The two ends are sealed without the need to use a power cable with an insulating elastomeric material. The method according to the invention does not use any means for sealing the electrical connection. Rather, the seal is made directly between the valve metal tube and the elastomeric hose and the cable insulation. This seal creates an exceptionally good and durable connection, which is perfectly protected against corrosion.
Andere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die perfekte Reproduzierbarkeit der Qualität der Verbindung, die aufgrund des im wesentlichen automatisierten Vorgangs schnell vollendet ist, was die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Verbindungen oder unzureichender Versiegelung wegen mangelhafter Herstellung verringert. Darüber hinaus verbessern die beiden Dichtungsschmiedestellen auf dem Isolierkabel an den beiden Enden der röhrenförmigen Anode die Festigkeit der Anordnung und verhindern effektiv eine direkte mechanische Spannung an der elektrischen Verbindung während des Transports, der Installation und der Benutzung der Anodenanordnung.Other advantages of the method according to the invention are the perfect reproducibility of the quality of the connection, which is quickly completed due to the essentially automated process, reducing the probability of faulty connections or inadequate sealing due to poor manufacturing. In addition, the two sealing forgings on the insulating cable at the two ends of the tubular anode improve the strength of the assembly and effectively prevent direct mechanical stress on the electrical connection during transport, installation and use of the anode assembly.
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