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Opferanode im Warmwasserspeicher: Aufgabe, Funktionsprinzip und Austausch

Was ist eine Opferanode? Wofür braucht ein Warmwasserspeicher sie? Welches Funktionsprinzip steckt dahinter? Warum und wann sollte man die Opferanode austauschen – und was ist dabei zu beachten?

Metallischen Bauteile, die mit Wasser in Berührung kommen, droht seitens des darin gelösten Sauerstoffs Gefahr: Sie könnten korrodieren, auf gut Deutsch: durchrosten. 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 sogenannter Opferanoden. 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 Beitrag.

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Allgemeine Definition 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 (auch Redoxreihe genannt) 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.

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 Elektrolyd 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".

Schematische Darstellung der Bewegung der sich auflösenden Metallteilchen vom Metall mit der geringeren Spannung (Anode) über das Elektrolyt zum Metall mit der höheren Spannung (Kathode). (Grafik: energie-experten.org)
Schematische Darstellung der Bewegung der sich auflösenden Metallteilchen vom Metall mit der geringeren Spannung (Anode) über das Elektrolyt zum Metall mit der höheren Spannung (Kathode). (Grafik: energie-experten.org)

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Gängige Anwendungen für Opferanoden

Schiffbau: Opferanoden für Schraube, Ruderblätter und Rumpf

Eine der wichtigsten Anwendungen für Opferanoden ist der Schiffbau. Insbesondere die Schiffspropeller schützt man damit. Sie sind häufig aus Messing – ein Metall, das unter der elektrochemischen Aggression von Salzwasser besonders leidet. Als Opferanode kommen beispielsweise Zinkblöcke zur Anwendung, die in entsprechender Zahl und Größe rings um die Schiffsschraube herum auf dem Schiffsrumpf platziert werden. Manchmal schraubt oder nietet man die Opferanoden auch auf große Ruderblätter, wofür schon seitens der Werft Spezialhalterungen vorgefertigt werden. Außerdem nutzt man Opferanoden auch zum Korrosionsschutz des stählernen Schiffsrumpfes.

Heizungsbau: Opferanode im Warmwasserspeicher

Ebenso häufig kommen Opferanoden als Korrosionsschutz in Komponenten der Heizungsanlage wie verzinkten Boilern, unbeschichteten oder mit Kunststoff beschichteten Pufferspeichern und emaillierten Warmwasserspeichern zum Einsatz, deren Grundkörper aus Stahl oder Gusseisen gefertigt ist.

Die Zinkbeschichtung des Speicherbehälters (auch Kessel genannt) würde sich ohne die Opferanode wegen des steten Kontakts mit Wasser nach und nach zersetzen. 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 der Zersetzung der Zinkschicht beziehungsweise wegen Undichten in der Kunststoff- oder Emailleschicht nicht korrodieren (durchrosten), schraubt man entweder eine Opferanode aus Magnesium an die Innenwand der Behälter fest. Oder man führt sie dort ein und schraubt sie dann dichtend 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.

Magnesium-(Opfer)anoden (MA) sind nach der Norm DIN EN 12828 geregelt, es gibt sie mit unterschiedlichen Durchmessern von beispielsweise 22, 26 oder 33 Millimetern.

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 sowohl von der Anwendung als auch den örtlichen Gegebenheiten ab.

Empfohlen wird, die Opferanode mindestens alle zwei Jahre, besser noch: jährlich dahingehend zu untersuchen, wie viel ihrer ursprünglichen Materialstärke bereits verlustig gegangen ist. Man spricht herkömmlichen Magnesium-Opferanoden eine Lebensdauer von fünf Jahren zu.

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.

Vielmehr seien Ersatz-Opferanoden nur von den jeweiligen Herstellern zu beziehen gewesen beziehungsweise sei der Hersteller - und nur der - mit Wartung und gegebenenfalls nötigem Austausch zu beauftragen gewesen.

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.

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Weitere Informationen über Warmwasserspeicher

"Wissens-Ratgeber: Opferanode im Warmwasserspeicher" wurde am 23.06.2016 das letzte Mal aktualisiert.