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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Opferanoden in Theorie und Praxis



hyman
17.02.2013, 03:10
Immer wieder kommt es zu Korrosionsschäden an Metallbauteilen von Booten, weil


keine Opferanoden vorhanden sind,
eine ungeeignete Opferanode montiert wurde,
oder die Anoden falsch montiert wurden

Korrosionsrobleme treten in Süßwasser eher selten (und wenn, dann erst nach längerer Zeit) auf. Im Brack- oder Salzwasser können erste Schäden dagegen schon nach wenigen Tagen sichtbar werden. Das liegt daran, dass Salzwasser als Korrosionsmedium (http://de.wikipedia.org/wiki/Korrosionsmedium) wesentlich aktiver ist, weil es elektrisch besser leitet und einen höheren pH-Wert (http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Wert) hat.


Zuerst etwas Theorie ...

Befinden sich verschiedene Metalle leitend verbunden im Wasser, so entsteht ein galvanisches Element (Korrosionselement (http://de.wikipedia.org/wiki/Korrosionselement)): Zwischen den beiden Metallen entsteht eine elektrische Spannung und es fließt Strom. Dabei wird das unedlere der beiden Metalle zum Minuspol der Batterie und löst sich langsam auf (Kontaktkorrosion (http://de.wikipedia.org/wiki/Korrosionselement#Kontaktkorrosion)). Präziser gesagt: Es gibt Elektronen ab, wird dadurch ionisiert und geht in Lösung.

Neben anderen Korrosionsschutzmaßnahmen (http://de.wikipedia.org/wiki/Korrosion#Korrosionsschutz) sind Opferanoden ein sehr wirksamer Schutz – nicht gegen die Korrosion an sich, sondern dagegen, dass sie an Stellen auftritt, wo sie großen Schaden anrichten kann. Man bringt ein unedleres Metall als das zu schützende metallische Bauteil – leitend damit verbunden – ins Wasser. Dieses Metall korrodiert dann anstelle des zu schützenden Bauteils – daher die Bezeichnung Opferanode (http://de.wikipedia.org/wiki/Opferanode). Nach einer gewissen Zeit muss die Anode ausgetauscht werden, sie ist also ein Verschleißteil.

Dabei ist die Wahl des richtigen Anodenwerkstoffs wichtig: Nimmt man ein ungeeignetes Material, so bleibt die gewünschte Wirkung aus oder die Opferanode löst sich in Windeseile auf, so dass sie nur kurze Zeit wirken kann.

Nun könnte man annehmen, dass die elektrochemische Spannungsreihe (http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe) geeignete Daten liefert, um für ein gegebenes Material des zu schützenden Bauteils das Anodenmaterial auswählen zu können. Hier einige ausgewählte Elemente und ihr elektrochemisches Potential:
Magnesium ......................i. -2.36V
Aluminium ........................i. -1.66V
Zink ................................... -0.76V
Eisen ................................. -0.4V
Leider hilft diese Spannungsreihe aus mehreren Gründen nur eingeschränkt weiter:


Die meisten Bauteile werden aus legierten Metallen hergestellt, zu denen die Spannungsreihe keine Angaben macht
Abhängig vom Korrosionsmedium laufen neben der Metallauflösung noch weitere elektrochemische Reaktionen ab
Die Bauteile und Anoden sind mit Oxid- oder Passivierungsschichten überzogen, die die elektrochemischen Eigenschaften ändern

Alle diese Faktoren sind in sogenannten Praktischen Spannungsreihen [1 (http://www.edelstahl-rostfrei.de/downloads/iser/mb_829.pdf)] [2 (http://aluminium.matter.org.uk/content/html/ger/default.asp?catid=180&pageid=2144416694)] [3 (http://www.manos-dresden.de/ehemalige/netzwerk/reinhold_gk.pdf)] berücksichtigt, die immer in Abhängigkeit vom Korrosionsmedium angegeben werden. Uns interessieren vor allem die typischen Werkstoffe und Anodenmaterialien im Bootsbau:
Magnesium .................................................. ........... -1.2V
Zink .................................................. ...................iii. -0.8V
Aluminium .................................................. ............. -0.67V
Kohlenstoffstahl, Stahlguss ................................iiiii. -0.55V
Vergütungsstahl 8.8 ...........................................iiiii. -0.35V
90/10 Kupfer-Nickel (CuNi10) i...............................ii. -0.3V
Chrom .................................................. .............iiiiii. -0.29V
Austenitischer Stahlguss ..................................iiiiiiii. -0.25V
Al-Messing .................................................. .....iiiiiiii. -0.25V
Ni-Al-Bronze .................................................. .......ii. -0.15V
Titan .................................................. .................iiii. -0.11V
Edelstahl (X5CrNi18-8, 1.4300, V2A, 304L) ..........iii. -0.05V
Edelstahl (X2CrNiMo17-12-2, 1.4404, V4A, 316L) ii. +0.1V
Kupfer-Nickel (NiCu30Fe, 2.4360, Alloy 400) i........i. +0.1V
Kupfer-Nickel (NiCr22Mo9Nb, 2.4856, Alloy 625) .iii. +0.25V Einige Anmerkungen noch zu Aluminium:


Die Quelle [1] nennt für Aluminium andere Werte, die aber aufgrund praktischer Erfahrungen mit Zinkanoden zumindest für Salzwasser verworfen werden müssen.
Genauere Angaben zu einzelnen Aluminiumlegierungen sucht man in der Literatur vergeblich. Die Potentialunterschiede dürften aber gering sein. Daher kann die Wirkung von Aluminiumanoden auf Aluminiumbauteilen nur in praktischen Versuchen für ein bestimmtes Korrosionsmedium ermittelt werden.

Die in der Tabelle angegebenen Werte gelten für Salzwasser, sind aber auch im Brack- oder Süßwasser gute Näherungen. Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit von Süßwasser strebt man dort eine größere Potentialdifferenz zwischen zu schützendem Bauteil und Anode an.


Daraus lassen sich nun folgende Praktische Regeln ableiten:


Zum Schutz von Rümpfen, Antrieben und Außenbordmotoren aus Aluminiumlegierungen sind ...
... in Salz- und Brackwasser Zinkanoden,
... in Süßwasser Magnesiumanoden zweckmäßig
Der Schutz von Rümpfen und anderen Bauteilen aus Stahl, Messing oder Bronze kann immer mit Zinkanoden (oder bedenkenlos auch mit Aluminium-Anoden) erfolgen
Nur bei Bauteilen aus V4A oder anderen explizit seewasserfesten Edelstählen kann auf einen anodischen Schutz ganz verzichtet werden.

Für viele Außenbordmotoren und Z-Antriebe gibt es Original-Anoden in speziellen Formen, die man am Besten nach Herstellerempfehlung einsetzt. Teils werden auch Aluminium-Anoden (oft aus der Legierung AlZnMgCu1,5) angeboten. Sie sollten zum Schutz von Aluminiumbauteilen nur als Originalteile oder mit Herstellerfreigabe verwendet werden, weil sie immer genau auf die bei den Bauteilen verwendeten Aluminium-Legierungen abgestimmt sein müssen.

Da Zinkanoden immer einen kleinen Prozentsatz des giftigen Schwermetalls Cadmium enthalten, gelten Aluminiumanoden als umweltfreundlicher. Zudem sind Aluminiumanoden wirksamer und langlebiger (englischer Artikel in SailWorld (http://www.sail-world.com/news_printerfriendly.cfm?Nid=105288)). Der Artikel empfiehlt Aluminiumanoden besonders beim Betrieb in Brackwasser und beim Mischbetrieb in Salz- und Süßwasser. Allerdings bleibt offen, ob sich diese Empfehlung auch auf den Schutz von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen erstreckt (ich wäre da aufgrund es oben Geschriebenen vorsichtig).


Bei der Montage ist es wichtig, dass die Anoden eine elektrisch leitende Verbindung zum geschützten Bauteil haben. Man erreicht dies z. B. durch


Schweißverbindungen an vorgesehenen Montagelaschen
Zwischenlegen einer Zahnscheibe bei Schraubverbindungen

Im Zweifelsfall sollte die elektrische Verbindung nach der Montage mit einem Durchgangsprüfer oder Multimeter geprüft werden.

Opferanoden dürfen keinesfalls überstrichen oder eingefettet werden, da sie sonst ihre elektrisch leitende Verbindung ins Wasser verlieren und unwirksam werden. Nach längerer Standzeit an der Luft können Oxidschichten (bes. bei Aluanoden) eine ähnliche Wirkung haben, wenn die Potentialdifferenz nicht ausreicht.

Man sollte die Prüfung auf elektrische Verbindung gelegentlich wiederholen und darauf achten, dass die Anoden auch wirklich abgetragen werden. Eine Anode, die nach längerer Zeit immer noch aussieht wie neu ist verdächtig.

Wenn eine Anode zu 2/3 abgetragen ist, wird es Zeit sie zu erneuern.


Weitere Information – auch zu Korrosion durch elektrische Anlagen – gibt es im angehängten Dokument 26183.