Читать книгу Theorie und Praxis der Bordelektrik - Jens Feddern - Страница 8

Ende des 18. Jahrhunderts beobachtete der italienische Arzt und Naturforscher Luigi Galvani, dass seine leblosen Frösche, die er auf eine Leine gespannt hatte, bei Regen auf einmal zuckten. Nach genauerer Untersuchung stellte er fest, dass zwei unterschiedliche Metalle, die leitend miteinander verbunden sind und sich in einem Elektrolyten (einer leitenden Flüssigkeit) befinden, einen Gleichstrom erzeugen. Diese Entdeckung prägt noch heute unsere gesamte Bordelektrik, auch wenn wir keine Frösche an Bord haben. Der galvanische Effekt wird zum einen verwendet, um elektrische Energie speichern zu können.

Die andere Seite des Effekts ist die Zersetzung von Metall unter dem Einfluss der Elektrizität. Beim Galvanisieren nutzt man diesen Effekt aus, um eine Oberfläche sehr dünn (0,001 bis 0,05 mm) zu veredeln, z. B. beim Vergolden. Und wie sieht es am Schiff aus? Häufig ist es aus einem Metall (Stahl, Aluminium) oder hat Metallteile (Welle, Propeller, Antrieb), die sich im Wasser befinden. Hier lohnt es sich, einen Blick hinter die Kulissen zu werfen.

Jedes Metall verhält sich unterschiedlich in einem galvanischen Element. Tabelle 1–2 gibt einen Überblick über die elektrochemische Spannungsreihe.

Die unterschiedlichen Metalle haben verschiedene Referenzspannungen. Wenn zwei verschiedene Metalle miteinander kurzgeschlossen werden und sich in einer leitenden Flüssigkeit befinden (Elektrolyt), beginnt ein elektrischer Strom zu fließen. Hierbei werden elektrisch geladene Metallteilchen transportiert. Der Strom fließt so lange, bis das Metall mit dem niedrigsten Potenzial (Spannung) verbraucht ist. Die Abnutzung des Metalls wird galvanische Korrosion genannt. Besonders zu beachten ist, dass der beliebte Werkstoff Aluminium aus galvanischer Sicht einer der unedelsten (–0,9 V) ist und daher geradezu prädestiniert dafür, sich aufzulösen.

Auf einem Schiff gibt es drei Situationen, in denen verschiedene Metalle in einen Elektrolyten getaucht werden. Salzwasser und sogar verschmutztes Frischwasser sind hervorragende Elektrolyten.

Der erste Effekt steht nicht im direkten Zusammenhang mit dem elektrischen System, ist aber dennoch sehr wichtig. Der Propeller, der z. B. aus Manganbronze (-0,3 V) besteht, ist mit dem Motor über den Propellerschaft und das Getriebe verbunden. Bei einem Stahlschiff liegt die Spannungsdifferenz zwischen Rumpf und Propeller bei 0,3 V (-0,6 bis -0,3 V), bei Aluminium bei 0,6 V. Normalerweise ist das Schiff durch eine Lackierung geschützt. Durch einen Kratzer in der Lackierung kann jedoch ein elektrischer Strom zwischen zwei Metallen, die in einen Elektrolyten (Wasser) eingetaucht sind, zu fließen beginnen, und das unedlere Metall (in diesem Fall der Rumpf) löst sich auf. Die einzige Lösung dieses Problems besteht in der Installation einer Opferanode. Diese Anode besteht in der Regel aus Zink und hat ein niedrigeres Potenzial als Propeller oder Rumpf. Sie wird daher anstelle dieser »geopfert«. Besonders vorsichtig muss man beim Einsatz unterschiedlicher Metalle unterhalb der Wasserlinie sein. So schön Kühlschlangen, Ruderschaft, Stabilisatoren u. Ä. aus Edelstahl sind, verbunden mit Stahl oder Aluminium im Wasser kann man dort böse Überraschungen erleben.

Tabelle 1–2: Elektrochemische Spannungsreihe. (Mastervolt)

Abbildung 1–5: Ein galvanisches Element besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen mit einer leitenden Verbindung, die sich in einem Elektrolyten befinden.

Abbildung 1–6: Opferanoden aus Zink oder Magnesium werden anstatt des Rumpfes abgetragen.

Im zweiten Fall sind die Batterien die »Schuldigen«. Der Minuspol der Batterie wird normalerweise geerdet, indem der Rumpf mit einem zentralen Erdanschluss verbunden wird.

Wenn andere Minuspole ebenfalls geerdet werden (z. B. vom Motor), kommt es zu kleinen Spannungsunterschieden zwischen den Erdanschlüssen, durch die ebenfalls der oben beschriebene elektrochemische Prozess verursacht wird. Noch schlimmer wird es, wenn man den Rumpf entgegen der geltenden Vorschriften als stromführenden Leiter verwendet. Alle geerdeten Geräte an Bord sollten daher mit einem zentralen Erdanschluss mit ausreichendem Querschnitt verbunden und der Rumpf nicht als stromführender Leiter verwendet werden.

Abbildung 1–7: Galvanisches Element über den Landanschluss. (Mastervolt)

Der dritte Fall steht im Zusammenhang mit der Erdung des Landstroms, durch die ebenfalls Elektrolyse in Form einer galvanischen Korrosion entstehen kann. Der Landstrom wird über eine Stahlstütze im Boden geerdet und ist dadurch mit dem Grundwasser (also auch dem Oberflächenwasser) verbunden. Wenn ein Aluminiumschiff neben einer Stahlwand anlegt oder ein Stahlschiff neben einem Schiff mit einem Bronzepropeller, sind wieder zwei verschiedene Metalle in einen Elektrolyten getaucht und über die Erdung des Landanschlusses verbunden. Hierbei wird aber nicht die rostige Spundwand geopfert, sondern das elektrisch unedle Aluminium in seine Bestandteile zersetzt. Um diesen Effekt zu vermeiden, muss man also die leitende Verbindung über die Erdung des Landanschlusses loswerden. Halt – das grün-gelbe Kabel einfach abzuklemmen, ist nicht die Lösung des Problems! Ohne Erdung funktionieren die Schutzmaßnahmen im 230-V-Netz nicht richtig. Daher empfiehlt es sich, das Landanschlusskabel direkt auszustecken, wenn man es nicht mehr braucht, und den Landanschluss auch nicht während der Abwesenheit eingesteckt zu lassen. Die beste Lösung ist jedoch die Installation eines Isolations- oder Trenntransformators, die in Abschnitt 10.4.2 genauer beschrieben ist.