Opferanode
Eine Opferanode ist eine Elektrode aus einem Stück unedlem Metall, das an Geräten und Fahrzeugen zum Schutz von Funktionsteilen aus anderen Metallen (speziell Eisen, Stahl – auch in Stahlbeton – und Messing) gegen Kontaktkorrosion eingesetzt wird. Das unedlere Material der Opferanode selbst wird dabei zerstört, also „geopfert“. Damit wird die Funktion korrosionsanfälliger und aufwendig angefertigter Funktionsteile länger gewährleistet und kostenaufwendige Neubeschaffung von diesen hinausgeschoben oder ganz vermieden.
Prinzip
Kommen Bauteile aus Eisen oder Stahl mit Wasser, feuchter Luft oder einem anderen Elektrolyt in Kontakt, so greift zum Beispiel der im Wasser gelöste Sauerstoff das Metall an (Oxidation). Es bildet sich eine galvanische Zelle. Dabei werden dem Metall Elektronen entzogen und die positiv geladenen Ionen gehen in die Lösung über, das Metall korrodiert. Um dies zu verhindern, wird der kathodische Korrosionsschutz mit Opferanoden oder Fremdstromanoden eingesetzt. Damit eine Opferanode ihren Zweck erfüllen kann, muss sie in der elektrochemischen Spannungsreihe negativer (zum Beispiel Magnesium) als das zu schützende Metall sein.
Wirkungsweise
Das zu schützende Metall wird mit der Opferanode elektrisch leitend verbunden. Es entsteht ein Primärelement, bei dem das zu schützende Metall als Kathode und das unedlere Metall als Anode fungiert. Dabei fließt ein Strom in Richtung des zu schützenden Metalls. Statt diesem gibt jetzt das unedlere Opferanoden-Metall seine Elektronen an den Sauerstoff ab, wird oxidiert und geht in Lösung. Das Wasser ist in diesem Lokalelement der Elektrolyt, der den Transport der geladenen Teilchen ermöglicht und so den Stromkreis schließt. Die Opferanode wird mit der Zeit verbraucht und muss erneuert werden.
Anwendungen
Schiffe und Boote
Opferanoden dienen an Wasserfahrzeugen zum Schutz aller Metallteile im Wasser, wie Schiffspropellern, Antriebswellen, Ruder, Rumpf. Dies ist insbesondere bei Schiffen, die im elektrochemisch aggressiven Salzwasser fahren, wichtig. Als Opferanode werden hier Blöcke aus Zink, früher Cadmium, in der erforderlichen Größe und Anzahl rings um die Schraube herum auf dem Schiffsrumpf, fallweise auch auf großen Ruderblättern aufgeschraubt oder aufgenietet. Meist werden dazu bereits auf der Werft Anodenklötze mittels eingegossenen Stahlstreifen angeschweißt. Zusätzliche Opferanoden zum Schutz des stählernen Rumpfes werden meist in geringerer Zahl angebracht.
Schiffe und Boote, die im Brack- und Süßwasser frahren, besitzen Opferanoden aus Aluminium oder Magnesium.[1]
Warmwasserspeicher
Eine weitere häufige Anwendung ist der Korrosionsschutz bei verzinkten Boilern und emaillierten Warmwasserspeichern mit aus Stahl gefertigten Grundkörpern. Der Zinküberzug des Kessels löst sich ohne Opferanode mit der Zeit im Wasser auf. Auch bei emaillierten Kesseln sind Opferanoden erforderlich, da es bis zum heutigen Tag kein Verfahren gibt, welches eine dauerhaft fehlerfreie Innenemaillierung eines Kessels gewährleisten kann. Um eine nachfolgende Durchrostung des Warmwasserspeichers zu vermeiden, wird eine Opferanode aus Magnesium an der Behälterinnenwand angeschraubt bzw. eingeführt und nachfolgend dichtend eingeschraubt. Dafür werden Stab- oder Kettenanoden verwendet. Letztere kommen zum Einsatz, wenn die konstruktiven Gegebenheiten (Bauhöhe oberhalb der Einführöffnung) für das Einführen einer Stabanode nicht ausreichen. Die in Lösung gehenden Magnesium-Ionen sind gesundheitlich unbedenklich, auch wenn das Wasser zur Speisenzubereitung verwendet wird. Opferanoden müssen laut Hersteller typischerweise nach 2 Jahren[2] ausgetauscht werden. Der tatsächliche Verschleiß hängt von Wasserqualität, Kesselzustand, Art der Rohrleitungen und Betriebsbedingungen ab und kann geringer sein.
Rohrleitungen
Opferanoden werden auch bei größeren Tanklagern, unterirdischen Pipelines und Erdölbohrtürmen verwendet, um Korrosion durch das feuchte Erdreich vorzubeugen.
Spülmaschinen
Beschädigte Beschichtungen von Spülkörben lassen den darunterliegenden Stahldraht rosten und führt auf Besteck zu Rostflecken. Eine um die Korbbeschichtung gewickelte Alufolie wirkt als Opferanode und verhindert Rostflecken.
Alternative
Eine Alternative sind Fremdstromanoden, die jedoch eine Gleichstromquelle benötigen.
- Opferanoden
Neue Opferanode aus Zink
Glied einer unbenutzten Kettenanode aus Magnesium für einen Warmwasserspeicher
Verbrauchte Magnesiumanode aus einem Warmwasserspeicher
Opferanode aus einem Heizkessel - Links alt, nach 4 Jahren - Rechts neue Magnesiumanode
Literatur
- Walter von Baeckmann, Wilhelm Schwenk (Hrsg.): Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. Theorie und Praxis der elektrochemischen Schutzverfahren. 4., völlig neubearbeitete Auflage. Wiley-VCH, Weinheim u. a. 1999, ISBN 3-527-29586-0.
Weblinks
- Rostschutz vom Meeresgrund – Statt Opferanoden könnte in Zukunft der Sand auf dem Ozeanboden Schiffe vor Korrosion schützen.
- Experiment zum Korrosionsschutz durch Opferanode – der Uni Ulm 1998
- Wissenswertes zu Opferanoden – Hilfreiches Wissen zu Opferanoden
- Magnesium-Schutzanode – Magnesium-Schutzanode
- Häufig gestellte Fragen zur Opferanode – Antworten direkt vom Hersteller
Einzelnachweise
- Opferanoden für Boote – eine Entscheidungshilfe, Mitteilungder Firma 12seemeilen.de GmbH, abgerufen am 10. Okt. 2021
- Bedienungs- und Installationsanleitung Heißwasserboiler Typ OKC 200, abgerufen am 10. Nov. 2021