Die
Zerstörung von Metallen durch die Anwesenheit von Wasser
ist ein elektrochemischer Vorgang. Hierbei
wirkt das Wasser als Elektrolyt und es entsteht eine galvanische
Elementbildung. Bei diesem Korrosionsvorgang tritt ein Metallatom
unter Zurücklassung einer oder mehrerer Elektronen
aus dem festen Metallgitter als positives Ion in die Flüssigkeit.
Die zurückgelassenen Elektronen wandern auf der metallischen
Oberfläche zur Kathode und werden dort durch verschiedene
Kathodenreaktionen verbraucht. Die Stellen an welchem der
Korrosionsablauf stattfindet werden Elektroden genannt.
Die Elektrode an welcher die Metallatome das Gefüge
verlassen wird Anode genannt. Die Elektrode an welcher die
Elektronen verbraucht werden wird Kathode genannt. |
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Da
metallische Oberflächen nicht homogen sind, bilden
sich auch bei reinem Metall unterschiedliche Bereiche mit
verschiedenen Reaktionsfähigkeiten. Außerdem
entstehen durch Deckschichtbildung heterogene Zonen und
in Legierungen unterschiedliche Gefüge. Besonders schädlich
sind unterschiedliche Metalle (Eisen und Messing, Chromstahl
und Kupfer), die in leitender Verbindung stehen.
Das Wasser als Elektrolyt
schließt den Stromkreis. Erst dadurch kann eine Korrosion
stattfinden und es entstehen verschiedene Lokalelemente.
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Bei emaillierten
Trinkwassererwärmern ist die Beschichtung nie ganz
ohne Fehlstellen und Materialporen und deswegen ist immer ein zusätzlicher
kathodischer Schutz eingebaut. Auch kunststoffbeschichtete
Speicher sind gefährdet, da die Beschichtung kleine
Risse durch den Transport, die Wärmeausdehnung, kleine Fabrikationsfehler
aufweisen kann. Diese Speicher sind jedoch nicht immer mit einem
kathodischen Korrosionsschutz ausgerüstet. Auch Pufferspeicher
in Heizungssystemen brauchen einen kathodischen Schutz, weil sie
in der Regel keine Beschichtung haben. Wenn das Heizungswasser
richtig behandelt wurde, kann auf ein Korrosionsschutz verzichtet
werden. |
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| Innenschutz durch Kathodenschutz |
Bei dem Korrosionsschutz
von Speichern wird der elektrochemische
Vorgang inform des kathodischen Korrosionsschutzes
genutzt. Hierbei fließt der Korrosionsstrom von der Anode
an die Kathode. Dabei wird die Kathode nicht abgebaut, denn an ihr
treten nur die Elektronen aus, die mit den H+Ionen des Wassers reagieren.
Die Anode löst sich auf. |
Auch die anodische Oberfläche
des zu schützenden Metalls gibt Elektronen ab. Die anodischen
Bereiche werden auch zur Kathode. Dies ist möglich, weil man
in das zu schützende Objekt eine Überzahl an Elektronen
abgibt, damit auf der gesamten Oberfläche eine Elektronen-Abgabe
stattfindet. |
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Man unterscheidet zwei
Schutzverfahren: |
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Galvanischen Anoden.
Diese Magnesium-Schutzanoden (-Opferanoden)
besitzen eine grosse Differenz in der elektrochemischen Spannungsreihe
bezogen auf das Schutzobjekt (z. B. Bei Stahl <> Magnesium
2,31 Volt). Die Wassererwärmer werden in Verbindung mit
der eingesetzten Anode nach DIN 4753 Teil 6
(und DIN EN 12828) auf die Wirksamkeit überprüft und
zertifiziert. Deshalb dürfen beim Auswechseln immer
nur die gleichen Anoden eingesetzt werden.
Galvanische Anoden sind löslich und werden aufgebraucht.
Man muss sie regelmäßig kontrollieren und evtl. reinigen
oder wechseln.
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Fremdstromanoden.
Hier werden hauptsächlich unlösliche Titan-Mischoxyd-Anoden
eingesetzt, die isoliert in den Behälter eingebaut werden.
Ein Potentiostat versorgt die Anode mit Fremdstrom. Unlösliche
Fremdstromanoden sind grundsätzlich wartungsfrei.
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Magnesium-Schutzanode |
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Quelle:
Afriso Euro-Index GmbH |
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Opferanode
Ø 22, 26 oder 33 mm nach DIN EN 12828 aus Magnesiumlegierung. |
Flexible Opferanode
Ø 22 mm (Kettenanode)
nach DIN EN 12828 aus Magnesiumlegierung. Diese Anode
wird eingesetzt, wenn eine starre Anode aus Platzgründen
nicht montiert werden kann. |
| Die Opferanode
Ø 22, 26, 33 mm nach DIN EN 12828 aus Magnesiumlegierung
mit Isolierstück und Massekabel
ist für den isolierten Einbau zu verwenden und
kann mit dem Anodentester überprüft werden. |
Der Anodentester
wird zur Verbrauchskontrolle von Anoden mit Massekabel
oder herkömmlichen Opferanoden, die isoliert eingebaut
sind, verwendet. |
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Anodentester |
Quelle:
Afriso Euro-Index GmbH |
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Quelle:
Afriso Euro-Index GmbH |
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Mit einer Signalanode
kann über einen Signalgeber außerhalb
des Speichers der erforderliche Austausch der
Anode gemeldet werden. Die Anoden kommen in emaillierte
Speichern oder in Speichern mit passiven Schutzschichten
von 100 bis 500 Litern zum Einsatz. |
Nach dem Abtrag
des Anodenmaterials dringt Wasser in einen Testraum,
der Signalgeber verfärbt sich rot und meldet, dass
die Anode verbraucht ist. Bei herkömmlichen Anoden
muss zur Anodenkontrolle der Speicher geöffnet
werden. |
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Aufbau
einer Signalanode |
Quelle:
Afriso Euro-Index GmbH |
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Die
Lebensdauer der Magnesium-Schutzanode
(1) beträgt ca. fünf Jahre. Sie sollte jedoch möglichst
einmal im Jahr überprüft werden.
Der Zustand der Magnesium-Schutzanode kann bei eingebauter
Anode durch das Messen des Schutzstromes bestimmt werden:
Erdungskabel (2) am Speicher lösen und
den Schutzstrom mit einem Amperemeter (3)
messen. Bei einem Schutzstrom von weniger als 0,3 mA muss
die Anode herausgenommen und auf Abtragung überprüft
werden.
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Wartung –
Magnesium-Schutzanode (-Opferanode) |
| Zum Schutz von emaillierten-
und kunststoffbeschichteten Wassererwärmern
und Speichern hat sich der Einsatz von Magnesium-Anoden
(MA) als sehr wirkungsvoll erwiesen. Durch die grosse elektrische
Spannungsdifferenz zum Eisen (2,31 V) braucht die MA keine zusätzliche
Spannungsquelle. Ein Nachteil der MA liegt in der unkontrollierten
Abbaurate, dem Risiko einer Oxydschicht-Bildung auf der Anode, sowie
dem grösseren Aufwand für Service und Kontrolle. Eine
Magnesiumanode wird oft auch als Schutzanode, Opferanode, Protanod
oder galvanische Anode bezeichnet. |
| Fremdstromanoden |
Wasserbehältern
aus Stahl können auch zur Verhütung von
Korrosion durch Fremdstromanoden
geschützt werden. Diese Methode bedarf im Gegensatz zu Magnesium-Schutzanoden
(Opferanoden) keine regelmäßige Kontrolle und
müssen nicht ausgetauscht werden, da sie nur in sehr wenig
verbraucht werden. |
Quelle: Correx® |
Ein Netzteil versorgt
die Fremdstromanlagen mit Gleichspannung. Dabei werden der
negative Pol der Stromquelle mit dem zu schützenden
Metall, und der positive Pol mit der Fremdstromanode verbunden.
Am Transformator des Netzteils wird die Spannung zwischen
Fremdstromanode und Schutzobjekt eingestellt. So entsteht
der Schutzstrom. Ein geringer spezifischer Metallabtrag
ist notwendig, um eine möglichst lange Lebensdauer
der Anoden zu erhalten.
Fremdstromanoden brauchen
im Gegensatz zu Opferanoden kein negatives Potenzial gegenüber
dem Grundwerkstoff zu besitzen. Durch den kathodischen Schutzstrom
wird das Potential an der Grenzfläche in negativer
Richtung verschoben.
CORREX®
Fremdstromanode - Diagnosehilfe
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Eine regelmäßige
Wartung sollte immer durchgeführt werden, damit es
nicht so aussieht. |
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Das obige Bild zeigt, wie
sich ein Opferanode in einem Trinkwasserbereiter
mit der Zeit abbaut. Rechts eine ungebrauchte Opferanode.
In der Mitte eine Anode die schon einige Zeit in
Betrieb gewesen ist, jedoch noch ca. zu 60% besteht. Links
eine Anode die ihren Dienst erfüllt hat und vollständig
aufgelöst ist (und der Speicher ist sicherlich schon durch
Korrosion angegriffen) |
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Wie
funktioniert eine Anode? |
Um die Funktionsweise
einer Anode zu verstehen, muss zunächst das
galvanische Element erklärt werden. Bei dem
galvanischen Element handelt es sich um zwei Metalle
(Kathode, Anode) die durch eine elektrisch leitende
Flüssigkeit (Elektrolyt) verbunden sind. |
In einem
Elektrolyt löst sich das Metall mit der geringeren
Spannung (Anode) auf. Die sich auflösenden
Metallteilchen wandern dabei über das Elektrolyt
zum Metall mit der höheren Spannung (Kathode).
Die Grösse der Spannung ist in der elektrochemischen
Spannungsreihe festgelegt. In Ihr steht Gold mit
+1.50 V weit oben, Magnesium mit -2,35 V weit unten.
Wasserstoff verhält sich mit +-0V neutral.
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In einem emailierten Speicher
bilden die an der beschädigten Speicherwand an dem freiliegendem
Metall und an den Gewindeanschlüssen die Kathode und der Magnesiumstab
ist die Anode. Das Trinkwasser bildet das Elektrolyt. Die sich an
der Magnesiumanode lösenden Teilchen wandern über das
Elektrolyt zu den beschädigten Stellen in der Emailierung und
den Gewindestutzen, da dort der ungeschützte Stahl die Kathode
bildet. Dabei baut sich die Anode ab (sie opfert sich), deswegen
nennt man die Magnesiumanode auch "Opferanode". |
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| Autor: Thomas
Schreiber |
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Die
Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche
Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben
durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis
eines WVU eingetragen sind. |
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