Opferanode

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Opferanode an einem Schiffskörper

Eine Opferanode ist ein Stück unedles Metall, das zum Korrosionsschutz von Funktionsteilen aus anderen Metallen (speziell Eisen, Stahl – auch in Stahlbeton – und Messing) verwendet wird. Es wird somit gezielt gegen Kontaktkorrosion eingesetzt.

Der Name folgt aus der Tatsache, dass die Anode funktionsbedingt im Laufe der Zeit zerstört wird. Sie wird geopfert, um ein anderes Metallteil vor Korrosion zu schützen.

Prinzip[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. Damit eine Opferanode ihren Zweck erfüllen kann, muss sie in der Spannungsreihe negativer (z. B. Magnesium) als das zu schützende Metall (z. B. Eisen) sein.

Wirkungsweise[Bearbeiten]

Das zu schützende Metall wird mit der Opferanode 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, damit der Korrosionsschutz erhalten bleibt.

Anwendungen[Bearbeiten]

Häufig angewendet wird dies zum Schutz von Schiffspropellern, hier insbesondere bei Schiffen, die im aggressiveren Salzwasser fahren. Als Opferanode werden Blöcke aus Zink in der erforderlichen Größe und Anzahl rings um die Schraube herum auf dem Schiffsrumpf aufgeschraubt oder aufgenietet. Vielfach werden dazu bereits auf der Werft besondere Halterungen angebracht. Zusätzliche Opferanoden zum Schutz des stählernen Rumpfes können in geringerer Zahl angebracht werden.

verbrauchte Magnesiumanode aus einem 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 zu 100 % 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 ausreicht. Die in Lösung gehenden Magnesium-Ionen sind als gesundheitlich unbedenklich einzustufen, auch wenn das Wasser zur Speisenzubereitung verwendet wird. Opferanoden sollten je nach Anwendung und örtlichen Gegebenheiten jährlich bis 2-jährlich auf Verschleiß (Abnahme der Materialstärke) untersucht werden, um sie nötigenfalls auszutauschen.

Eine wartungsfreie Variante sind Fremdstromanoden, die mit einer Gleichstromquelle verbunden werden und permanenten Korrosionsschutz bieten.

Wichtig für die Kostenminimierung ist, dass korrosionsgefährdete Teile, allgemein verschleissende Teile, einfach ausgewechselt werden können.

Opferelektrode[Bearbeiten]

Der Begriff der Opferelektrode kommt aus der Galvanotechnik[1][2][3]. Auch in der Galvanotherapie, nämlich dem Stangerbad, der Iontophorese und der Fussbadelektrolyse wird der Begriff verwendet. Elemente mit negativem Elektropotential, wie u. a. Zink, Magnesium, Aluminium, Eisen oder Kupfer-Bronze, lösen sich anodisch sehr rasch auf[2][3], und sind damit an anderer Stelle nicht mehr als Anodenmaterial zu gebrauchen, z. B. in der Medizintechnik. Auf diesen Oxydationsprozess hatte schon der Arzt F. H. Martens, 1803, beim Betreiben seines Galvanoskopes hingewiesen[4]. Siehe bei Remak, Arzt, Galvanotherapie. Aus dem Opferanodenbericht und Martens Erkenntnis von 1803 geht hervor, dass Elektroden aus Zink, Magnesium, Aluminium, Eisen oder Kupfer-Bronze für die medizinische Anwendung ganz ungeeignet sind, gerade weil sie sich auflösen unter der Bestromung (Iontophorese, Stangerbad, Fussbadelektrophorese). Darüber hinaus werden die medizinisch-therapeutischen Eigenschaften von Elektrodenmaterial, das Zinn, Aluminium, Blei, Kupfer oder Zink freisetzt, als ganz bedenklich beschrieben, da diese Metallionen auf der menschlichen Haut toxische Reaktionen hervorrufen[5]. Naturwissenschaftlicher Hintergrund[3][6] für die Auflösung ist, dass diese Elemente sehr stark negative Normalpotentiale aufweisen: Zink (-760 Millivolt), Magnesium (-2400 mV), Eisen (-440 mV), Aluminium (-1670 mV) und Bronze (-440 mV). Das negative elektrochemische Potential weist darauf hin, dass diese Elemente quasi mit Elektronen aufgeladen sind. Diese Elektronen können die Elemente dann leicht unter galvanischen Bedingungen abgeben an andere Elemente, die einen Elektronenmangel aufweisen, wie z.B. Gold oder Silber. Mit der Abgabe der Elektronen aus z.B. Zinkanoden löst sich die Anode auf.

Toxikologie von Chrom-Nickel-Platin-Palladium-Titan[Bearbeiten]

(Alles nachfolgende belegt durch: [7])

Die Toxikologie des Anodenmaterials muss ggf. beachtet werden. Aus arbeitsmedizinischer Sicht ist bekannt, dass Anodenmaterial bestehend aus Chrom, Nickel, Mangan, Platin, Titan oder Palladium im Industriebereich nur unter bestimmten Schutzbedingungen eingesetzt werden dürfen, da diese Elemente gesundheitsschädliche Ionen in das Dielektrikum freisetzen. Chirurgenstahl (V2A-Stahl) setzt Krebs erzeugendes Chrom-Nickel in Ionenform frei (anodisches, hexavalentes Chrom, und kationisches Nickel-II) und darf in der Medizintechnik, wie Iontophorese, Stangerbad oder Fussbadelektrolyse, nicht eingesetzt werden. Platin, Titan und Palladium sind Elemente, die stark allergisierende Ionen freisetzen[8] und sind deshalb im medizinischen Bereich als Anodenmaterial und für Implantate ungeeignet (Gefahrstoffverordnung, 2005). Im Lymphozyten-Transformations-Test LTT kommt es zu einer deutlichen, allergischen Reaktion. In der Galvanotherapie und Medizintechnik wird deshalb Anodenmaterial aus Gold oder Silber eingesetzt[9], das elektropositiv ist, nämlich Gold mit +1700 mV und Silber mit +810 mV, Elektronen aufnehmen kann, sich nicht oder nur geringradig auflöst und keine gesundheitsgefährdenden Ionen freisetzt.

Schweißen[Bearbeiten]

Die als Opferelektrode genannten Elemente sind dort als Verbrauchsmaterial geeignet, wo man die Auflösung der Elektroden anstrebt, nämlich beim Elektro-Schweißen (MAG, WIG, Wolfram-Inert-Gas), was jeder Schweißer vom Elektroschweißen her kennt. Auch beim Punktschweißen, einem heute im Automobilbau eingesetzten Verbindungsverfahren, kommt dem Anodenmaterial die gleiche Funktion zu wie im Schiffsbau.

Literatur[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.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Opferanode – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Christen, H.R. (1971) Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie, Verlag Sauerländer, , Aarau, Seite 557 (Anhang: Redox-Potentiale) bis 562.
  2. a b Kortüm, G, (1971) Lehrbuch der Elektrochemie, Verlag Chemie, Weinheim, Seite 599 ff (4. Korrosion).
  3. a b c Holleman-Wiberg (1971) Lehrbuch der anorganischen Chemie, 71.-80. Auflage, Verlag Walter de Gruyter + Co, Seite 188ff (Die elektrochemische Spannungsreihe).
  4. Martens, F.H. (1803),“Vollstaendige Anweisung zur therapeutischen Anwendung des Galvanismus nebst einer Geschichte dieses Heilmittels“, Meissenfels und Leipzig, In der Boeseschen Buchhandlung.
  5. Nelson, R., M., and Currier, D.P., (Editor) (1991) Clinical Electrotherapy, 2nd Edition, Appleton & Lange, Norwalk, Connecticut, USA, Seite 22-23.
  6. Duquette, D.J., (1994) “Corrosion of Intermetallic Compounds”, Seite 956ff, In: Westbrook, J.H.+Fleischer, R.L.,Intermetallic Compounds; Principles and Practice, Vol 1-Principles;
  7. Zierer, O, Griesz-Brisson, M (2006) Potenzielle Gesundheitsgefahren durch Chrom, Nickel und Mangan haltige Elektrolysevorrichtungen in Medizin- und Wellnessprodukten, Umwelt-Medizin-Gesellschaft, 19, 4, Seite 281-287.
  8. Technische Regel für Gefahrstoffe, (TRGS 905, Juli 2005) - Verzeichnis krebserzeugender und erbgut verändernder Gefahrstoffe.
  9. Davis , C.P. et al(1991) Bacterial and fungal killing by iontophoresis with long lived electrodes, Antimicrotial Agents and Chemotherapy, Seite 2131-2134.