„Opferanode“ – Versionsunterschied
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[[Datei:Opferanode neu - Nordic während Revisionsaufenthalt im Schwimmdock 2020.JPG|mini|Neue Opferanode aus Zink an einem Schiffsrumpf]] |
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Um Metalle in sehr aggressiven Umgebungen vor Korrosion zu schützen, wie z.B. Tanklager, unterirdische Rohre oder Erdölbohrtürme verbindet man das gefährdete Metall, in der Regel [[Eisen]], elektrisch leitend mit einem Metall das sich leichter oxidieren läßt; das [[unedler]] ist. |
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[[Datei:Sacrificial anode.jpg|mini|Eine fast verbrauchte Opferanode an einem Schiffskörper]] |
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Eine '''Opferanode''' ist eine [[Elektrode]] aus einem Stück [[unedles Metall|unedlem Metall]], das an Geräten und Fahrzeugen zum Schutz von Funktionsteilen aus anderen [[Metall]]en (speziell [[Eisen]], [[Stahl]] – auch in [[Stahlbeton]] – und [[Messing]]) gegen [[Kontaktkorrosion]] eingesetzt wird. Das unedlere Material der Opfer[[anode]] selbst wird dabei zerstört, also „geopfert“. Damit wird die Funktion korrosionsanfälliger und aufwendig gefertigter Funktionsteile länger gewährleistet und kostenaufwendige Neubeschaffung von diesen hinausgeschoben oder ganz vermieden. |
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== Prinzip == |
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Kommen Bauteile aus Eisen oder Stahl mit [[Wasser]], [[Luftfeuchtigkeit|feuchte]]r [[Luft]] oder einem anderen [[Elektrolyt]] in Kontakt, so greift z. B. der im Wasser [[Lösung (Chemie)|gelöste]] [[Sauerstoff]] das Metall an ([[Oxidation]]). Es bildet sich eine [[galvanische Zelle]]. Dabei werden dem Metall [[Elektron]]en entzogen, und die [[elektrische Ladung|positiv geladenen]] [[Ion]]en gehen in die Lösung über, das Metall [[Korrosion|korrodiert]]. |
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Um dies zu verhindern, wird der [[Korrosionsschutz #Aktiver kathodischer Korrosionsschutz|kathodische Korrosionsschutz]] mit Opferanoden oder [[Fremdstromanode]]n eingesetzt („kathodisch“ bezieht sich auf das zu schützende Metall, „Anode“ auf das schützende Metall). Damit eine Opferanode ihren Zweck erfüllen kann, muss sie in der [[Elektrochemische Spannungsreihe|elektrochemischen Spannungsreihe]] negativer als das zu schützende Metall sein (z. B. [[Magnesium]] zum Schutz von Stahl). |
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== Wirkungsweise == |
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Das zu schützende Metall wird mit der Opferanode [[Leiter (Physik) #Elektrischer Leiter|elektrisch leitend]] verbunden. Es entsteht ein [[Batterie (Elektrotechnik)|Primärelement]], bei dem das zu schützende Metall als [[Kathode]] und das [[Elektrochemische Spannungsreihe|unedlere]] Metall als Anode fungiert. Die Elektronen, welche die Anode abgibt, fließen durch die Leitung zum zu schützenden Metall, der [[Technische Stromrichtung|technische]] [[Elektrischer Strom|Strom]] durch die Leitung wird in umgekehrter Richtung gezählt, also ''zur'' Opferanode. Statt dem zu schützenden Metall 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 ([[Kation]]en von der Anode) ermöglicht und so den [[Stromkreis]] schließt. Die Opferanode wird mit der Zeit verbraucht und muss erneuert werden. |
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== Anwendungen == |
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Aus dem gleichen Grund werden Zinkplatten an Hochseeschiffen angebracht. |
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=== Schiffe und Boote === |
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Das unedlere [[Zink]] gibt über das Eisen [[Elektronen]] an Akzeptoren (z.B. [[Sauerstoff]]) im Meerwasser ab, das Zink geht als Zn +II in Lösung. |
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[[Datei:Nordic - Heckansicht mit Propeller, Rudern und Opferanoden - Bild 3.JPG|mini|Zahlreiche, während eines [[Dock (Schifffahrt)|Dock]]<nowiki></nowiki>aufenthaltes erneuerte Opferanoden an Ruder- und Propelleranlage des Schiffes ''[[Nordic (Schiff, 2011)|Nordic]]'']] |
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Der Anodenvorgang der [[galvanische Zelle|galvanischen Zelle]] – die [[Oxidation]] – findet also am Zink statt. |
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Opferanoden dienen an Wasserfahrzeugen zum Schutz aller Metallteile im Wasser, wie [[Propeller|Schiffspropellern]], [[Antriebswelle]]n, [[Ruder]], [[Schiffsrumpf|Rumpf]]. Dies ist insbesondere bei Schiffen wichtig, die im [[elektrochemie|elektrochemisch]] aggressiven [[Salzwasser]] fahren. Als Opferanode werden hier Blöcke aus [[Zink]], früher [[Cadmium]], in der erforderlichen Größe und Anzahl rings um den [[Propeller]] auf dem Schiffsrumpf aufge[[Schraube|schraubt]] oder aufge[[niet]]et, fallweise auch auf großen Ruderblättern. Meist werden dazu bereits auf der Werft Anodenklötze mittels [[Gießen|eingegossenen]] Stahlstreifen an[[Schweißen|geschweißt]]. Zusätzliche Opferanoden zum Schutz des stählernen Rumpfes werden meist in geringerer Zahl angebracht. |
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Es löst sich langsam auf (Opferanode), das Eisen bleibt unangegriffen. |
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Schiffe und Boote, die im [[Brackwasser|Brack-]] und [[Süßwasser]] fahren, besitzen Opferanoden aus [[Aluminium]] oder [[Magnesium]].<ref>[https://www.12seemeilen.de/blog/opferanoden-fuer-boote/ Opferanoden für Boote – eine Entscheidungshilfe], Mitteilung der Firma ''12seemeilen.de GmbH'', abgerufen am 10. Okt. 2021.</ref> |
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Die genaue Position der Anoden lässt sich nicht sicher vorherbestimmen, sondern muss nach Erfahrung geschehen und bei Werftaufenthalten gegebenenfalls angepasst werden. |
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=== Warmwasserspeicher === |
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[[Datei:Opferanode.Magnesium.Waermespeicher.jpg|mini|Glied einer unbenutzten Kettenanode aus Magnesium für einen Warmwasserspeicher]] |
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Eine weitere häufige Anwendung ist der Korrosionsschutz bei [[verzinkt]]en [[Boiler]]n und [[email]]lierten [[Warmwasserspeicher]]n mit Grundkörpern aus Stahl. Der Zink[[Beschichtung|überzug]] des [[Heizkessel|Kessel]]s löst sich nämlich ohne Opferanode mit der Zeit im Wasser auf. Auch bei emaillierten Kesseln sind Opferanoden erforderlich, da es bis heute kein Verfahren gibt, welches eine dauerhaft fehlerfreie Innenemaillierung eines Kessels gewährleisten kann. |
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Um eine folgende 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 werden eingesetzt, 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 [[Zubereitung #Lebensmittel|Speisenzubereitung]] verwendet wird. |
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Opferanoden müssen laut Hersteller typischerweise nach 2 Jahren<ref>[https://www.dzd.cz/de/component/phocadownload/category/279-de-279-okce-2-6?download=1628:manual-okce-2-6 Bedienungs- und Installationsanleitung Heißwasserboiler Typ OKC 200], abgerufen am 10. Nov. 2021.</ref> ausgetauscht werden. Der tatsächliche [[Verschleiß]] hängt von [[Wasserqualität]], Kesselzustand, Art der Rohrleitungen und Betriebsbedingungen ab und kann geringer sein. |
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=== Rohrleitungen === |
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Opferanoden werden auch bei größeren [[Tanklager]]n, unterirdischen [[Pipeline]]s und [[Erdöl]][[bohrturm|bohrtürmen]] verwendet, um Korrosion durch das feuchte [[Erdreich]] vorzubeugen. |
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=== Konservierung von Flugzeugwracks im Meer === |
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Ein im Mai 2024 vor der Insel [[Žirje]], Kroatien gefundenes Wrack einer Junkers [[Ju 87]] aus dem [[2. Weltkrieg]] wurde im Oktober 2024 mit Opferanoden ausgestattet. Ein Team des ''International Centre for Underwater Archaeology'' (ICUA) in [[Zadar]] will damit das (metallische) [[Wrack]] für 15 Jahre vor Korrosion schützen. „Kroatien gehört zu den ersten Ländern, die das [[UNESCO]]-Übereinkommen zum Schutz des [[Unterwasserkulturerbe]]s von 2001 ratifiziert haben.“<ref>{{Internetquelle |autor=Philipp Rall |url=https://www.futurezone.de/science/article604150/archaeologischer-fund-stuka-konserviert-meeresboden-konservieren.html |titel=Science : Archäologischer Fund am Meeresboden: Forscher konservieren seltene Waffe |werk=futurezone.de |datum=2025-01-22 |abruf=2025-01-22 |sprache=de }}</ref> |
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=== Spülmaschinen === |
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Beschädigte [[Beschichtung]]en von Spülkörben lassen den darunterliegenden Stahl[[draht]] rosten und führen auf [[Besteck]] zu Rostflecken. Eine um die Korbbeschichtung gewickelte [[Alufolie]] wirkt als Opferanode und verhindert Rostflecken. |
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== Alternative == |
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Eine Alternative sind [[Fremdstromanode]]n, die jedoch eine [[Gleichstrom|Gleich]][[stromquelle]] benötigen. |
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== Literatur == |
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* 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. |
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== Weblinks == |
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{{Commonscat|Sacrificial anodes|Opferanode}} |
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{{Wiktionary}} |
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* [https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/rostschutz-vom-meeresgrund/ Rostschutz vom Meeresgrund] – Statt ''Opferanoden'' könnte in Zukunft der Sand auf dem Ozeanboden Schiffe vor Korrosion schützen. |
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* [http://www.experimente.axel-schunk.de/edm0798.html Experiment zum Korrosionsschutz durch Opferanode] – der Uni Ulm 1998 |
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* [http://opferanode24.de/wissenswertes-zu-opferanoden/#In%20welchen%20Bereichen%20verwendet%20man%20Opferanoden? Wissenswertes zu Opferanoden] – Hilfreiches Wissen zu Opferanoden |
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* [http://www.bosy-online.de/Kathodischer_Korrosionsschutz.htm#Magnesium-Schutzanoden Magnesium-Schutzanode] – Magnesium-Schutzanode |
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* [https://www.anodenshop.com/faq-h%C3%A4ufig-gestellte-fragen-zur-opferanode/ Häufig gestellte Fragen zur Opferanode] – Antworten direkt vom Hersteller |
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== Einzelnachweise == |
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<references /> |
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[[Kategorie:Elektrode (Elektrochemie)]] |
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[[Kategorie:Korrosionsschutz]] |
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Aktuelle Version vom 6. April 2025, 22:36 Uhr
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 gefertigter Funktionsteile länger gewährleistet und kostenaufwendige Neubeschaffung von diesen hinausgeschoben oder ganz vermieden.
Prinzip
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Kommen Bauteile aus Eisen oder Stahl mit Wasser, feuchter Luft oder einem anderen Elektrolyt in Kontakt, so greift z. B. 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 („kathodisch“ bezieht sich auf das zu schützende Metall, „Anode“ auf das schützende Metall). Damit eine Opferanode ihren Zweck erfüllen kann, muss sie in der elektrochemischen Spannungsreihe negativer als das zu schützende Metall sein (z. B. Magnesium zum Schutz von Stahl).
Wirkungsweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]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. Die Elektronen, welche die Anode abgibt, fließen durch die Leitung zum zu schützenden Metall, der technische Strom durch die Leitung wird in umgekehrter Richtung gezählt, also zur Opferanode. Statt dem zu schützenden Metall 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 (Kationen von der Anode) ermöglicht und so den Stromkreis schließt. Die Opferanode wird mit der Zeit verbraucht und muss erneuert werden.
Anwendungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Schiffe und Boote
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Opferanoden dienen an Wasserfahrzeugen zum Schutz aller Metallteile im Wasser, wie Schiffspropellern, Antriebswellen, Ruder, Rumpf. Dies ist insbesondere bei Schiffen wichtig, die im elektrochemisch aggressiven Salzwasser fahren. Als Opferanode werden hier Blöcke aus Zink, früher Cadmium, in der erforderlichen Größe und Anzahl rings um den Propeller auf dem Schiffsrumpf aufgeschraubt oder aufgenietet, fallweise auch auf großen Ruderblättern. 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 fahren, besitzen Opferanoden aus Aluminium oder Magnesium.[1]
Die genaue Position der Anoden lässt sich nicht sicher vorherbestimmen, sondern muss nach Erfahrung geschehen und bei Werftaufenthalten gegebenenfalls angepasst werden.
Warmwasserspeicher
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Eine weitere häufige Anwendung ist der Korrosionsschutz bei verzinkten Boilern und emaillierten Warmwasserspeichern mit Grundkörpern aus Stahl. Der Zinküberzug des Kessels löst sich nämlich ohne Opferanode mit der Zeit im Wasser auf. Auch bei emaillierten Kesseln sind Opferanoden erforderlich, da es bis heute kein Verfahren gibt, welches eine dauerhaft fehlerfreie Innenemaillierung eines Kessels gewährleisten kann.
Um eine folgende 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 werden eingesetzt, 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
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Opferanoden werden auch bei größeren Tanklagern, unterirdischen Pipelines und Erdölbohrtürmen verwendet, um Korrosion durch das feuchte Erdreich vorzubeugen.
Konservierung von Flugzeugwracks im Meer
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein im Mai 2024 vor der Insel Žirje, Kroatien gefundenes Wrack einer Junkers Ju 87 aus dem 2. Weltkrieg wurde im Oktober 2024 mit Opferanoden ausgestattet. Ein Team des International Centre for Underwater Archaeology (ICUA) in Zadar will damit das (metallische) Wrack für 15 Jahre vor Korrosion schützen. „Kroatien gehört zu den ersten Ländern, die das UNESCO-Übereinkommen zum Schutz des Unterwasserkulturerbes von 2001 ratifiziert haben.“[3]
Spülmaschinen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Beschädigte Beschichtungen von Spülkörben lassen den darunterliegenden Stahldraht rosten und führen auf Besteck zu Rostflecken. Eine um die Korbbeschichtung gewickelte Alufolie wirkt als Opferanode und verhindert Rostflecken.
Alternative
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Eine Alternative sind Fremdstromanoden, die jedoch eine Gleichstromquelle benötigen.
Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- 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
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- 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
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Opferanoden für Boote – eine Entscheidungshilfe, Mitteilung der Firma 12seemeilen.de GmbH, abgerufen am 10. Okt. 2021.
- ↑ Bedienungs- und Installationsanleitung Heißwasserboiler Typ OKC 200, abgerufen am 10. Nov. 2021.
- ↑ Philipp Rall: Science : Archäologischer Fund am Meeresboden: Forscher konservieren seltene Waffe. In: futurezone.de. 22. Januar 2025, abgerufen am 22. Januar 2025.