Opferanode – Eigenschaften einfach erklärt

Metallbau, Metallschutz

Wer ein Boot besitzt oder die Wartung des eigenen Heizungssystems nicht dem Fachmann oder der Fachfrau überlässt, kennt den Namen Opferanode wahrscheinlich. Für alle anderen dürfte dieses Wort ein unbeschriebenes Blatt sein. Dabei ist sie ein effektiver und leicht einzusetzender Schutz vor Rost. Der Name „Opferanode“ rührt daher, dass die Anode selbst korrodieren, also rosten soll anstelle eines wichtigeren Bauteils. Sie opfert sich also gewissermaßen. Wie das funktioniert und wo sie noch zum Einsatz kommt, erfahrt ihr in diesem Beitrag.

Was genau ist eine Opferanode?

Die Opferanode ist im Grunde nichts weiter als ein kleines Stück Metall, dass man entweder in Stab-, Block- oder Kettenform erhält. Eingesetzt wird sie immer dann, wenn ein Bauteil aus Metall konstanten Kontakt mit Wasser hat. Denn bis heute ist es nicht möglich, eine perfekte Legierung zu schaffen, die unter keinen Umständen rostet. Die Opferanode soll demnach hochwertigere oder wichtigere Bauteile vor Rost schützen, indem sie selbst verrostet. Häufig handelt es sich um Bauteile, die entweder teuer in der Anschaffung, aufwendig herzustellen oder unentbehrlich für die richtige Funktion sind. Sowohl Schrauben als auch Propeller von Booten lassen sich somit schützen. Dazu ist erst einmal wichtig, die elektrochemische Spannungsreihe zu verstehen. Keine Angst, ihr müsst euer altes Chemiebuch nicht vom Dachboden holen.

Elektrochemische Spannungsreihe

Diese Reihe weist jedem Metall einen gewissen Platz zu. Dabei sind Metalle, die weiter unten stehen, „unedler“ als Metalle, die weiter oben stehen. Das klingt erstmal nichtssagend, heißt aber für die praktische Chemie, dass sich hieran die Richtung eines Elektronenaustausches ablesen lässt. Nehmen wir als Beispiel Zink und Eisen. Zink ist unedler als Eisen, und somit würden die Elektronen bei einer Reaktion immer von Zink zum Eisen überspringen.

Galvanische Zelle

Hier spricht man auch von einem galvanischen Element, einer galvanischen Kette oder einem Daniellschen Element. Kurz gesagt entsteht eine galvanische Zelle jedes Mal, wenn zwei Metalle in einem Elektrolyten, also einem leitenden Stoff wie zum Beispiel Wasser aufeinander treffen. Das ist bei Batterien und auch bei der Opferanode der Fall. Dabei entsteht eine Redoxreaktion, bei der Oxidation und Reduktion räumlich getrennt voneinander ablaufen. Oxidation ist nichts weiter als die Abgabe von Elektronen und die Reduktion stellt die Aufnahme von Elektronen dar. Anhand dieser beiden Fachbegriffe erklärt sich die Funktionsweise einer Opferanode beinahe selbst.

Wie funktioniert eine Opferanode?

Die Opferanode funktioniert immer gleich, jedoch gibt es je nach Einsatzgebiet kleinere Feinheiten, die hinzukommen. Damit wir aber nicht noch mehr Verwirrung stiften, fangen wir mit dem offensichtlichsten Einsatzgebiet an: den Booten.

Gehen wir davon aus, dass der Rumpf eines Bootes aus Eisen besteht und wir eine Zinkanode benutzen. Nun muss die Anode zunächst elektrisch leitend am Rumpf befestigt werden, dabei darf kein Abstand, Lack oder eine Legierung dazwischen liegen. An Land tut sich hier erstmal nichts, wird das Boot jedoch zu Wasser gelassen, bildet sich eine galvanische Zelle. Wir haben jetzt also zwei verschiedene Metalle in einem Elektrolyt. Die Redoxreaktion fängt an. Da Zink der elektrochemischen Spannungsreihe nach unedler ist, oxidiert es und gibt seine Elektronen über das Eisen ab. Folglich gibt Zink seine Atome an den Elektrolyten ab. Somit rostet nur die Anode aus Zink, während der Eisenrumpf unbeschadet bleibt.

Wie man sieht, opfert sich die Anode für ein gefährdetes Material, indem sie sich selbst zersetzt und in Lösung geht. Damit dieser Effekt noch verstärkt beziehungsweise langlebiger wird, legiert man beide Metalle. Legierungen finden sich nicht auf der elektrochemischen Spannungsreihe wieder, können aber in Relation gesetzt werden. Da so ein Boot meist aus mehreren verschiedenen Metallen besteht, müssen auch unterschiedliche Opferanoden verbaut werden. So haben wir zum Beispiel das Stevenrohr, dass meist aus Messing gebaut wird und den Übergang vom Propeller zum Motor im Inneren des Schiffes darstellt. Dann haben wir den legierten Bootsrumpf und den Propeller selbst, der wahrscheinlich wieder aus einem anderen Metall besteht. Überprüft also sorgfältig, welche Metalle vorhanden und gefährdet sind.

Die Opferanode für Warmwasserspeicher

Wie auch bei Booten und allen anderen Einsatzbereichen bildet sich eine galvanische Zelle und die Anode korrodiert, während das gefährdete Metall unbeschadet bleibt. Das gefährdete Metall ist in diesem Falle die Wandung des Warmwasserspeichers eurer Heizung. Meist sind diese Boiler verzinkt und trotz moderner Technik wird die Emaillierung immer kleinste Fehler aufweisen. Dementsprechend würde die Wandung irgendwann rosten. Deshalb verbaut man stab- oder kettenförmige Opferanoden aus Magnesium. Ein nützlicher Nebeneffekt ist, dass hier unter den richtigen Bedingungen Calciumcarbonat entsteht, welches die Emaillierung ausbessert und eine zusätzliche Schutzschicht bildet.

Auf der anderen Seite löst sich der Magnesiumstab auf und bleibt als Schlamm zurück. Aus diesem Grund muss der Speicher regelmäßig gereinigt werden.

Fremdstromanode

Wenn euch das regelmäßige Austauschen und der hohe Verschleiß zu viel des Guten ist, könnt ihr auch zu einer Fremdstromanode greifen. Hierbei löst sich nichts auf und es entsteht weniger Abfall bzw. Schlamm, allerdings muss konstant Gleichstrom fließen. Das zu gewährleisten ist nicht immer möglich. Solltet ihr eine geeignete Stromquelle anschließen, erzeugt die Fremdstromanode einen Elektronenüberschuss um das Metall. Somit kann keine Redoxreaktion stattfinden.

Die Einsatzgebiete von Opferanoden

Neben besagtem Einsatz in der Schifffahrt und Heiztechnik findet man Opferanoden überall, wo konstanter Kontakt mit einem Elektrolyt besteht und der Verschleiß eines hochwertigen Bauteils verhindert werden soll. So kommen sie auch bei unterirdischen Rohrleitungen oder Bohrtürmen zum Einsatz. Um das richtige Metall der Opferanode zu wählen, kommt es auch auf das Medium an. Salzwasser ist für eine Redoxreaktion günstiger, weshalb man meist Magnesium oder Zink verwendet. Booten in Binnengewässern reicht meist schon eine Magnesiumanode.

Aber auch für Zuhause kann man Opferanoden verwenden. Findet ihr ungewollte Roststellen an der Überdachung eures Wintergartens oder an eurer Pumpe für den Teich? Überprüft einfach die Position des verwendeten Metalls in der elektrochemischen Spannungsreihe und kauft eine passende Opferanode. Im Idealfall bleibt euch der Rost in Zukunft erspart.

Lebensdauer und Wartung

Für Boote sagt man, dass sie mindestens einmal pro Jahr auf ihre Opferanoden überprüft werden sollten. Dabei hängt das viel mehr von der Regelmäßigkeit der Benutzung ab. Ein Boot, das konstant im Wasser liegt, muss häufiger überprüft werden, als eines, das auch mal in der Garage gelagert wird. Wie erwähnt spielt auch das Medium eine große Rolle. Solltet ihr das Einsatzgebiet wechseln, tauscht auch vorsichtshalber die Opferanoden aus.

Bei Speichern und Behältern geben die Hersteller meist einen Zeitraum vor, nachdem ein Austausch stattfinden soll. In einem geschlossenen System kann man die Bedingungen schließlich besser voraussagen. Dennoch solltet ihr nicht darauf verzichten, diese bei der jährlichen Wartung eurer Heizung überprüfen zu lassen.

Warum löst sich eine Opferanode nicht auf?

Stellt ihr fest, dass sich eure Opferanode selbst nach häufiger Benutzung nicht auflöst, ist Obacht geboten. Als Grundsatz solltet ihr Wissen, dass irgendetwas immer rostet, wenn Metalle auf Wasser treffen. Daher versucht umgehend den Fehler oder die Ursache zu finden, sollte sich eure Anode nicht auflösen. Dabei kann es sich nur um einen der 6 folgenden Gründe handeln:

1. Metalle sind elektrisch isoliert

In diesem Fall verhindert etwas den direkten Kontakt der Metalle. Egal ob es sich dabei um eine Legierung, Lackierung oder einfach ein Stück Stoff handelt, dass sich verklemmt hat. Die Metalle müssen elektrisch leitend miteinander verbunden sein, damit sich eine galvanische Zelle bilden kann. Nur so funktioniert die Opferanode.

2. Anodenmetall eignet sich nicht

Hier ist ein Fehler beim Lesen der elektrochemischen Spannungsreihe geschehen. Die Anode ist entweder aus dem gleichen Material oder sogar edler. Womöglich dient das gefährdete Material als Opferanode.

3. Anode ist nicht in Kontakt mit dem Elektrolyt

Kann eines der Metalle das Elektrolyt nicht berühren, kann auch kein Elektron an dieses abgegeben werden. Folglich entsteht keine galvanische Zelle und die Redoxreaktion kann nicht wie gewollt ablaufen.

4. Störung durch andere Metalle

Ein weiteres, noch unedleres Metall befindet sich so nah an der Opferanode, dass es anstelle dessen korrodiert. Achtet also auf genügend Abstand zu anderen Metallen.

5. Einwirkung von Fremdströmen

Falsch angebrachte Leitungen oder andere elektrische Geräte leiten Strom bis zur Anode. Das kann in zwei Richtungen gehen: entweder die Anode rostet noch schneller oder gar nicht. In beiden Fällen solltet ihr nach der Ursache suchen, was nicht immer leicht ist. In manchen Fällen ist dies nur mit einer Feldmessung möglich.

Fazit

Die Opferanode nutzt das elektrische Spannungsverhältnis von verschiedenen Metallen, um Rost zu verhindern. Dabei soll sich die Anode anstelle eines anderen Bauteils auflösen, sich also opfern. Dies geschieht über eine galvanische Zelle. Sie verhindert die Redoxreaktion, also die Rostbildung nicht, sondern verlagert Oxidation und Reduktion auf zwei verschiedene Räume. In diesem Fall sind die Räume die Anode und das edlere Metall. Die Anwendung klingt vielleicht kompliziert, ist in der Praxis aber ganz einfach. Kauft eine Opferanode und bringt sie an dem Bauteil an, dass ihr schützen wollt. Zu Hause kann das auch ein Dach oder ein anderer Gegenstand sein.

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2 Kommentare

  1. Achim Groh

    Muss die Opferanode unter Wasser sein, bzw. angebracht werden? Oder kann die auch über den Wasser an der Luft angebracht werden. Z.B. an einem Edeltahl-Kielschwert, das im Betrieb nur zu eie Teil ins Wass einaucht.

    Antworten
    • Franziska Hörstgen

      Hallo Achim!
      Damit die Opferanode mit dem Wasser reagieren kann, muss sie auch mit dem Wasser in Berührung kommen. Sie würde gegebenenfalls mit Spritzwasser und Luftfeuchtigkeit reagieren, doch nicht ihr volles Potenzial ausnutzen.
      Liebe Grüße
      Theo

      Antworten

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