Damit Strom fließen kann, werden zwei Elemente benötigt – wir brauchen einen Potenzialunterschied und es muss ein geschlossener Stromkreis vorliegen. Dies kennen wir von unserem Bordstromnetz, in der die Batterie für den Potenzialunterschied im jeweiligen Stromkreis sorgt.
In einer galvanischen Zelle
werden drei Elemente für einen Stromfluss benötigt – zwei elektrochemisch unterschiedliche Metalle
mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial, diese müssen über einen elektrischen Leiter verbunden
sein und dann ein Elektrolyt über welches der Fluss der Metallionen stattfindet.
Bei dem Elektrolyten kann es sich um unterschiedliche Flüssigkeiten handeln, z.B. Regenwasser,
Salzwasser
oder auch Säuren und Laugen.
Das Metall mit dem höheren elektrischen Potenzial wird zur Anode
und das mit dem niedrigerem zur Kathode. Der Strom fließt von der Anode zur Kathode. Die Anode löst
sich auf, bzw. korrodiert und bildet Ionen. Diese werden dann an das Elektrolyt abgegeben, wo sie in
der Lösung bleiben oder mit anderen Ionen wieder reagieren. Das unedlere Metall löst sich auf, hier
spricht man von Galvanischer Korrosion.
Übertragen auf den maritimen Bereich kennen wir alle
den Effekt, dass Schrauben, Bootsrümpfe, Masten und Bäume, Saildrives oder Z-Antriebe, Propeller,
etc. sich langsam auflösen, weil Ionen abgegeben werden und sich das Metall zersetzt.
Auf einem Boot oder einer Yacht mit z.B. einem Kunststoff-Rumpf, einer Batterie, Motor und Getriebe,
VA-Antriebswelle, Bronze-Propeller, VA-Ruderwelle, Alu-Ruderlager, Zinkanoden und zu guter Letzt ein
kupferbasierendes Antifouling.
Die Bordinstallation verfügt über einen Potenzialausgleich, die den elektrischen Leiter
darstellt. Wird das Schiff jetzt ins Wasser gelegt, kommt das noch fehlende Elektrolyt ins Spiel und
die galvanische Zelle ist vollständig.
In diesem Beispiel haben wir gleich mehrere Zellen: den Bronze-Propeller und die VA-Welle, die
Zinkanoden und den Kupferanstrich sowie das Alu-Lager der Ruderwelle. Beim genaueren Hinsehen und
Abgleich mit der Elektrochemischen Spannungsreihe findet man auch noch weitere
Potenzialunterschiede. Das Problem ist, das der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes
geht. Das bedeutet, ist ein Metall geopfert (Zinkanode oder Alu-Lager) geht es unter anderen
Metallen weiter bis keine Potenzialunterschiede mehr vorhanden sind.
Wenn wir uns mit dem Landstrom verbinden, holen wir uns in den meisten Fällen auch den Schutzleiter und damit das Landpotential an Bord. Wenn die Spundwand aus Stahl ist, ist eine weitere galvanische Zelle vorhanden, da wir über den Schutzleiter eine elektrische Verbindung erhalten. Weiter ist es durchaus möglich, dass das Landpotential des Schutzleiters aus der Landstromsäule und das der Spundwand leicht unterschiedlich sind. Auch dieser Potenzialunterschied hat dann einen Ausgleichsstrom zum Land zur Folge - zusätzlich zu den anderen möglichen Galvanikherden.
Zwei Schiffe im Hafen sind mit Landstrom verbunden und beide haben ihre bereits vorher genannten galvanischen Stromzellen an den Rümpfen. Über den Schutzleiter des Landstroms besteht jetzt eine elektrische Verbindung der beiden Schiffe. Damit sind hier alle Bedingungen für einen galvanischen Stromfluss erfüllt. Hat das eine Schiff einen Alu- und das andere einen Bronzepropeller, wird der Alu-Propeller sich langsam auflösen. Auch vor anderen Potenzialunterschieden der Elektrochemischen Spannungsreihe zwischen den Schiffen wird die Galvanik nicht haltmachen.
Wenn wir eine
der drei Voraussetzungen für
eine galvanische Zelle eliminieren, kann kein galvanischer Strom fließen. Die unterschiedlichen
Metalle und das Elektrolyt können wir nicht immer beeinflussen – bleibt nur die elektrisch leitende
Verbindung. Heben wir diese auf, spricht man von einer galvanischen Trennung.
Wir trennen
also die Ruderanlage von der gemeinsamen Masse, so auch die Zinkanoden. Wir trennen die
Antriebswelle galvanisch durch Einbringen eines nicht leitenden Werkstoffes, so auch den Propeller
auf der Antriebswelle. Und wir installieren einen Trenntrafo, der das Landstromnetz vom Bord-Netz
galvanisch trennt.
Überall dort, wo eine galvanische Trennung unmöglich erscheint, müssen wir
Opferanoden anbringen, die wiederum, um eine perfekte Wirkung zu erzielen, sehr gute leitende
Verbindungen haben müssen. Außerdem müssen wir diese unbedingt beobachten. Sind sie verbraucht, oder
ist Ihre Oberfläche oxidiert, ist die Funktion der Opferanode eingeschränkt und es könnte doch ein
anderes, nicht gewünschtes Metall zerfressen werden.
Aufgrund
galvanischer Trennung hat das
rechte Schiff fast alle galvanischen Stromquellen eliminiert. Würde man die Zinkanoden auch noch
entfernen, hätte man keine galvanischen Zellen mehr. Das linke Schiff hingegen ist voll mit
Potenzialquellen.
Um galvanische Ströme und galvanische Korrosion auszuschließen, muss eine konsequent galvanische
Isolation von Rumpf und Bordsystem als auch von unterschiedlichen Metallen durchgeführt
werden.
Elektrisch leitenden Verbindungen (dies kann auch feuchtes/nasses Holz bei
Holzrümpfen sein) zwischen unterschiedlichen Metallen, die wiederum über einen Elektrolyten
(Flüssigkeit) verbunden sind, sind unbedingt zu verhindern.
Nur eine einzelne Masseverbindung
von einem Gerät zum Rumpf genügt, um die galvanische Isolation aufzuheben und die Galvanik wieder in
Gang zu setzen. Diese Verbindung muss nicht über eine Leitung stattfinden, sie kann auch über eine
Befestigungsschraube oder sich bildenden Feuchtigkeit erzeugt werden (auch Wasser kann zum
elektrischen Leiter werden).
Ob ein Bordsystem und der Rumpf sauber voneinander getrennt
sind, kann über eine regelmäßige Isolationsmessung überprüft werden. Auch eine feste
Isolationsmesseinheit in einem Bordsystem, die bei einer Veränderung des Isolationswiderstandes
warnt, ist vor allem bei Alu-Yachten sehr zu empfehlen. Aber auch Holzrümpfe sind, was galvanische
Korrosion angeht, sehr stark gefährdet und sollten stets überwacht und überprüft werden.
GMM – Global Maritime
Management GmbH