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Fremdstromanode zum Korrosionsschutz

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

17.08.2021

Letztes Update

17.08.2022

 

Fremdstromanode zum Korrosionsschutz und andere kathodische Schutzverfahren

Inhalt des Wiki-Artikels

Fremdstromanoden werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, um Korrosion an metallischen Werkstoffen in einer wässrigen Umgebung zu vermeiden. Neben der Fremdstromanode zum Korrosionsschutz gibt es weitere kathodische Schutzverfahren, die alle die folgenden Vorteile mit sich bringen:

  • Hohe Wirtschaftlichkeit
  • Fast unbegrenzte Wirksamkeit
  • Möglichkeit des nachträglichen Einbaus

Beim kathodischen Korrosionsschutz handelt es sich um elektrochemische Schutzverfahren, bei denen ein elektrischer Schutzstrom über einen Elektrolyten auf die Metallstrukturen fließt, die vor Korrosion geschützt werden sollen. Dadurch ergibt sich eine kathodische Polarisation an der Metalloberfläche, die verhindert, dass sich Metallionen lösen. Korrosion entsteht, wenn sich Metallionen lösen – der kathodische Korrosionsschutz sorgt dafür, dass dies nicht eintritt.

Maßnahmen zum Schutz vor Korrosion

Die Korrosion ist ein elektrochemischer Vorgang, bei dem eine Metalloberfläche auf molekularer Ebene mit der Umgebung reagiert. Durch den Vorgang verbinden sich negativ geladene Ionen mit positiv geladenen Ionen, so dass eine chemische Umwandlung in Gang gesetzt wird, die Metallstrukturen zersetzt. Um dem entgegenzuwirken, können aktive und passive Maßnahmen angewendet werden. Zu den passiven Maßnahmen zählt das Auftragen eines Schutzanstrichs oder einer Versiegelung. Dadurch soll verhindert werden, dass die Metalloberfläche mit der wässrigen Umgebung in Berührung tritt. Allerdings können fehlerhafte Stellen dazu führen, dass dennoch Rost am Metall entsteht. Deshalb ist es in vielen Fällen sinnvoll, den passiven Schutz um aktive Schutzmaßnahmen zu ergänzen: Kathodische Schutzverfahren zielen darauf ab, dem elektrochemischen Wirkprinzip die Grundlage zu entziehen.

Anwendungsbereiche kathodischer Schutzverfahren

Kathodische Schutzverfahren werden unter anderem bei Behältern, Rohrleitungen und Kabeln genutzt, die sich in einer wässrigen oder erdigen Umgebung befinden. Sie schützen zum Beispiel Schiffsrümpfe, Erdtanks oder metallische Bauten vor Korrosion. Aber auch im kleineren Maßstab finden sie Anwendung, etwa bei Warmwasserspeichern und Heizungsanlagen. Im Vergleich weisen die diversen Schutzverfahren gewisse Vor- und Nachteile auf. Zu den kathodischen Schutzverfahren zählen:

  • Korrosionsschutz durch Aktivanoden
  • Kathodischer Schutz durch Streustromableitung
  • Korrosionsschutz durch Fremdstromanoden

Korrosionsschutz durch Aktivanoden

Aktivanoden bestehen aus einem elektrochemisch unedlem Metall und werden auch Opferanoden genannt, da sie sich mit der Zeit auflösen. Die Aktivanode ist elektrisch leitend mit dem edleren Metall verbunden, das als Kathode fungiert. In einer wässrigen Umgebung ergeben die beiden Metalle zusammen ein Lokalelement, die Opferanode schützt ein edleres Metall vor Korrosion, indem sie sich auflöst. Eingesetzt werden Aktivanoden unter anderem bei Tanklagern, unterirdischen Rohren oder Erdölbohrtürmen aus Eisen, als Material für die Anode kommt dann zum Beispiel Aluminium oder Zink infrage. Auch bei Schiffen, die im Salzwasser unterwegs sind, werden Opferanoden aus Zink oder Aluminium genutzt. Dagegen sind Schiffe der Binnen- oder Flussschifffahrt meist mit Magnesium-Anoden ausgestattet. Korrosionsschutz durch Aktivanoden funktioniert nach dem Prinzip einer galvanischen Zelle: Das Metall der Anode oxidiert und gibt über das Eisen Elektronen an Akzeptoren – beispielsweise Sauerstoff – ab. Während sich die Opferanode während des Prozesses langsam auflöst, bleibt das Eisen von der Korrosion unberührt.

Kathodischer Schutz durch Streustromableitung

Der kathodische Schutz durch Streustromableitung wird zum Beispiel mittels Gleichrichtern mit potenzialgeregeltem Ausgang realisiert. Auf diese Weise wird einer Streustromkorrosion entgegengewirkt. Streuströme sind vagabundierende Ströme, die nicht den für sie vorgesehenen Weg nehmen, sondern ganz oder zum Teil über stromkreisfremde, besser leitende Strukturen fließen. Sie entstehen zum Beispiel aufgrund von Gleichstrombahnen in erdverlegten Leitungen. Um der Streustromkorrosion entgegenzuwirken, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

  • Rückführung der Streuströme zur Streustromquelle über eine Drainage
  • Kathodenschutzanlage mit einem potenzialgesteuerten Gleichrichter
  • Partitionierung des Leitungsnetzes durch Einbau von Isolierstücken zur Verminderung der Längsleitfähigkeit
  • Galvanische Ableitung der Streuströme über Wechselstromableiter und Abgrenzeinheiten aus antiparallelen Dioden

Zumeist werden mehrere Maßnahmen kombiniert, um einen besonders wirksamen Schutz gegen Korrosion durch Streuströme zu erreichen.

Korrosionsschutz durch Fremdstromanoden

Fremdstromanoden schützen Metall mit Hilfe einer externen Stromquelle vor Korrosion. Die Fremdstromanode zum Korrosionsschutz kommt unter anderem in Warmwasserspeichern zum Einsatz, zum Beispiel bei der bivalenten Trinkwassererwärmung. Im Gegensatz zur Opferanode löst sich die Fremdstromanode nicht auf, während sie Metall vor Korrosion schützt. Warmwasserspeicher bestehen meist aus emaillierten Stahl. Aufgrund der warmen Temperatur und des im Wasser enthaltenen Sauerstoffes besteht ein Korrosionsrisiko. In Stahl ist vor allem Eisen enthalten, gibt es fehlerhafte Stellen in der Emaille, kann sich schnell Rost bilden. Dies lässt sich durch eine Fremdstromanode zum Korrosionsschutz vermeiden. Die Fremdstromanode ist mit einer Gleichstromquelle verbunden. So fließt ein geringer Strom, der für einen Elektronenüberschuss an den Fehlstellen der Behälterwand sorgt. Durch die Fremdstromanode ist der Warmwasserspeicher vor Korrosion geschützt.

Vor- und Nachteile von Fremdstromanoden zum Korrosionsschutz

Welcher kathodische Korrosionsschutz sinnvoll ist, muss für den Einzelfall beurteilt werden. Ein Nachteil der Fremdstromanode zum Korrosionsschutz ist, dass sie im Gegensatz zur Opferanode Strom verbraucht. Bei einer Leistungsaufnahme von drei bis vier Watt ist mit einem jährlichen Verbrauch zwischen 25 und 35 Kilowattstunden zu rechnen, so dass sich die Kosten in Grenzen halten. Demgegenüber bietet die Fremdstromanode zum Korrosionsschutz einige Vorteile:

  • Wartungsfreie Nutzung
  • Niedrigere Kosten für die Instandhaltung
  • Hohe Sicherheit
  • Geringe Betriebskosten
  • Es ist keine natürliche Potenzialdifferenz zwischen Anodenmaterial und Metall erforderlich, so dass der Anodenwerkstoff nach der geringsten Materialabtragung und den günstigsten Kosten ausgewählt werden kann
  • Speicherwandungen und Anode lösen sich nicht auf

Häufig bestehen Fremdstromanoden zum Korrosionsschutz aus Grafit, da das Material kostengünstig und beständig ist. Sie können auch nachträglich eingebaut werden, etwa um die Heizungsanlage oder den Warmwasserspeicher zusätzlich vor Korrosion zu schützen, denn passive Schutzmaßnahmen können sich mit der Zeit abnutzen und fehlerhafte Stellen kriegen. Prinzipiell kann eine Fremdstromanode oder Opferanode eingesetzt werden. Die Opferanode braucht keinen Betriebsstrom, muss aber etwa alle drei bis fünf Jahre ausgewechselt werden. Die Fremdstromanode zum Korrosionsschutz benötigt ununterbrochen Betriebsstrom, um ihre Wirkung zu entfalten. Um zu prüfen, ob die Fremdstromanode wie vorgesehen funktioniert, sind Anodenprüfgeräte geeignet. Sinnvoll ist auch eine Kontrollleuchte am Transformator, die anzeigt, ob der Strom fließt.

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