Heizprofi-Newsletter zum Thema Korrosion von Boilern

Wenn sich Wasser und Metall lange zu nahe kommen, ist das problematisch – das weiss jedes Kind. Es entsteht Rost. Es gibt aber trotzdem viele Beispiele, wo Wasser und Metall über lange Zeit im Kontakt sind. Denken Sie beispielsweise an Schiffe, Autos oder an Ihren Boiler.

Aber rostet Metall im Wasser? Korrosion an Metallteilen im Wasser entsteht durch gelösten Sauerstoff, welcher der metallischen Oberfläche Elektronen entzieht. Aufgrund der nun positiven Ladung einzelner Metallionen gehen diese in Lösung, was unweigerlich zu aktiven Korrosionsprozessen führt. Da man nicht um Metall als Baustoff herumkommt, muss man sich um einen wirksamen Korrosionsschutz bemühen. Eine Möglichkeit, Metalle effizient vor Rost zu schützen, ist der Einsatz von Opferanoden, auch Rostschutzanode oder Verzehranode genannt. Wie Opferanoden ihre Aufgabe nach dem elektrochemischen Prinzip erfüllen, wie sie aufgebaut sind und was bei ihrer Anwendung zu beachten ist – das erklären wir Ihnen in diesem Newsletter.

Was ist eine Opferanode?

Eine sogenannte Opferanode ist ein Bauteil aus einem Stück unedlen Metall. Es kommt beispielsweise an Geräten oder in Fahrzeugen zum Einsatz, um deren metallische Funktionsteile, insbesondere solche aus Eisen, Stahl, auch Stahl, wie er in Stahlbeton steckt, und Messing, vor Kontaktkorrosion zu schützen. Korrosionsschutz gelingt mit Hilfe einer Opferanode, weil diese sich buchstäblich opfert. Das lässt sich nur umsetzen, wenn die Opferanode in der elektrochemischen Spannungsreihe negativer geladen ist, als das Metall, das sie vor Korrosion schützen soll. Erfüllt die Opferanode ihren Zweck, geht das mit ihrer Zerstörung einher. Dafür bleiben die korrosionsanfälligen und in der Regel aufwendiger und teurer als die Opferanode selbst gefertigten Bauteile, die sie schützt, länger funktional erhalten. Bestenfalls erspart die Opferanode eine kostspielige Neuanschaffung, zumindest aber schiebt sie eben diese zeitlich hinaus.

Opferanode im Warmwasserspeicher

Neben dem Schiffbau kommen Opferanoden als Korrosionsschutz in Komponenten der Heizungsanlage wie unbeschichteten oder mit Kunststoff beschichteten Pufferspeichern und emaillierten Warmwasserspeichern zum Einsatz, deren Grundkörper aus Stahl gefertigt sind.  Bei Kesseln mit Schutzschicht aus Kunststoff können Mikroschäden durch Transport und Wärmeausdehnung entstehen, die ein Durchrosten nach sich zögen. Und bei mit Emaille beschichteten Speichern ist der Einsatz einer Opferanode deshalb nötig, weil man bislang noch kein technisches Verfahren entwickeln konnte, das eine dauerhafte, 100-prozentig fehlerfreie Innenemaillierung garantiert.

Damit die Warmwasserspeicher infolge Undichten in der Kunststoff- oder Emailleschicht nicht korrodieren (durchrosten), schraubt man eine Opferanode aus Magnesium in den Behälter ein. Zur Anwendung kommen dabei Opferanoden in Form von starren Stabanoden oder flexiblen Kettenanoden, wobei man zu Kettenanoden greift, wenn der Warmwasserspeicher so platziert ist oder werden soll, dass nicht genug Höhe seitens der Bausubstanz besteht, um die Stabanode via die vorgesehene Einführöffnung einzusetzen. Auf die ausreichende Bauhöhe kommt es insbesondere dann an, wenn die Stabanode zu einem späteren Zeitpunkt geprüft und / oder ausgetauscht werden soll. Magnesiumanoden sind nach der Norm DIN EN 12828 geregelt, es gibt sie mit unterschiedlichen Durchmessern von beispielsweise 22, 26 oder 33 Millimetern.

Eine alternative Möglichkeit zur Opferanode ist die Fremdstromanode. Bei einer Fremdstromanode wird durch eine externe Spannungsquelle ein geringer Stromfluss erzeugt. Dieser sorgt dafür, dass an den Fehlstellen des Behälters „Elektronenüberschuss“ herrscht. Auch damit wird das Herauslösen von Eisenionen verhindert. Das Anodenmaterial wird hierbei im Gegensatz zur Opferanode nicht verbraucht. Die Betriebskosten sind bei einer Leistungsaufnahme von 2-4 W vernachlässigbar.

Austausch der Opferanode im Warmwasserspeicher

Solange die Opferanode ihre Opferrolle spielt, sind die zu schützenden Metalle in Sicherheit. Da sich die Opferanode im Zuge ihrer Pflichterfüllung allerdings zersetzt, ist es ratsam, sie regelmäßig auf Funktionstüchtigkeit zu prüfen. Wie häufig die Sichtprüfung auf möglichen Verschleiß hin erfolgen sollte, das hängt von verschiedenen Faktoren ab wie Wasserhärte, Menge des Wasserverbrauches und weiteren örtlichen Gegebenheiten. Sicher ist, dass sich die Anode beim Betrieb mit weichem Wasser (bspw. Seewasser oder beim Einsatz eines Enthärtergerätes) schneller abbaut. Empfohlen wird, die Opferanode mindestens alle zwei Jahre dahingehend zu untersuchen, wie viel ihrer ursprünglichen Materialstärke bereits verlustig gegangen ist. Man spricht herkömmlichen Magnesium-Opferanoden eine Lebensdauer von fünf Jahren zu. Wenn ein starker Verschleiss festgestellt wird, besteht auch die Möglichkeit, eine Ersatzanode mit mehr Material (länger und dicker im Durchmesser) einzubauen.

Auf dem Bild: Originalanode, Anode mit 50 % Verschleiss, Ersatzanode mit mehr Material

Über Details zu Wartung und Austausch der Opferanode sollten Sie sich schon beim Kauf Ihres Warmwasserspeichers informieren. In einschlägigen Foren berichten Verbraucher, die Wartung und / oder Austausch selbst in die Hand nehmen wollten, dass sie nur schwer an nachkaufbare Opferanoden herankamen, von Anleitungen zur nötigen Vorgehensweise ganz zu schweigen.

Moderne Opferanoden haben einen integrierten Signalgeber, der den fälligen Austausch der auch Signalanode genannten Opferanode signalisiert. Meist dringt bei einem gewissen Materialabtrag Wasser in einen „Testraum“, woraufhin sich der Signalgeber verfärbt und so den Verbraucher auf den nötigen Austausch der Opferanode hinweist.

Das elektrochemische Prinzip hinter der Opferanode

Einer Opferanode liegt folgendes elektrochemisches Funktionsprinzip zugrunde: Metalle werden in Kontakt mit Wasser und feuchter (wasserhaltiger) Luft angegriffen und nach und nach von dem im Wasser gelösten Sauerstoff zerstört. Der Vorgang dahinter heiß Oxidation. Das Wasser wirkt dabei als Elektrolyt, es schließt den Stromkreis, indem es die geladenen Teilchen transportiert. Es bildet sich eine sogenannte galvanische Zelle (auch galvanisches Element oder galvanische Kette genannt).

Die galvanische Zelle ist gekennzeichnet durch die Kombination zweier unterschiedlicher Elektroden und einem Elektrolyten. Während der stattfindenden Korrosion treten Atome aus dem Metall heraus. Sie verlassen das feste Metallgitter, wobei sie ein oder mehrere Elektronen zurücklassen, so dass sie als positiv geladene Ionen in die Flüssigkeit übertreten.

Die zurückgelassenen Elektronen machen sich entlang der metallischen Oberfläche auf den Weg zur Kathode, wo sie in unterschiedlichen Reaktionen verbraucht werden. Die Bereiche, wo der Korrosionsprozess stattfindet, nennt man Elektroden. Die Elektrode, von der aus die Metallatome das Metallgefüge verlassen, nennt man Anode, während man die Elektrode, an der die Elektronen verbraucht werden, Kathode nennt.

Wirkungsweise einer Opferanode

Für einen funktionalen Korrosionsschutz mit Opferanode muss diese leitend mit dem zu schützenden Metall in Verbindung gebracht werden. Auf diese Weise entsteht ein Primärelement. Das zu schützende Metall wird dabei zur Kathode, während das billigere, unedlere Metall zur Anode, sprich: Opferanode, wird.
Bei diesem Vorgang fließt Strom – und zwar in Richtung des zu schützenden Metalls. Doch an seiner Stelle gibt jetzt die unedlere Opferanode ihre Elektronen frei, die mit dem Sauerstoff eine Verbindung eingehen, infolgedessen die Opferanode oxidiert und in Lösung geht. Mit der Zeit wird die Opferanode komplett verbraucht und muss rechtzeitig erneuert werden.

In einem Emaillierten Speicher bildet die Speicherwand die Kathode, der Magnesiumstab die Anode. Das Trinkwasser bildet das Elektrolyt. Die sich an der Magnesiumanode lösenden Teilchen wandern über das Elektrolyt zu den beschädigten Stellen in der Emaillierung, da dort der ungeschützte Stahl die Kathode bildet. Da sich dabei die Anode abbaut (geopfert wird) nennt man die Magnesiumanode auch „Opferanode“.