Stahlboot: Rost und Korrosion – was genau ist das, und wie entsteht es?

(Dies ist ein Teilartikel zu Refit des Unterwasserschiffes bei einem Stahlschiff)

Die Beschichtung am Stahlboot ist abgeplatzt - Korrosion (Rost) droht
Die Beschichtung am Stahlboot ist abgeplatzt – Korrosion (Rost) droht

Korrosion oder Rost beim Stahlboot?

Umgangssprachlich spricht man immer von „Rost“, wenn sich Stahl durch Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit nach und nach auflöst. „Rost“ ist aber eigentlich nicht der richtige Begriff dafür: Rost ist lediglich das sichtbare Produkt, das aus Korrosion entsteht.

Korrosion

Als Korrosion wird allgemein die Zersetzung von Stahl, z.B. aufgrund der Reaktion mit Sauerstoff, bezeichnet.

Der Hintergrund ist vereinfacht folgender: bei der Herstellung von Stahl wird dem Eisenerz Sauerstoff entzogen. Das zu Stahl gewordene Eisenerz möchte diesen Sauerstoff aber eigentlich gerne wiederhaben und nimmt ihn daher auf, wo immer es geht (Oxidation).

Die Aufnahme von Sauerstoff geht dann, wenn

1.) Sauerstoff
und 2.) ein Elektrolyt

vorhanden ist. Bei einem Stahlboot ist das Elektrolyt das Wasser – entweder durch Luftfeuchtigkeit (im Winterlager) oder durch das Wasser, in dem das Schiff schwimmt.
Übrigens: je salziger das Wasser, desto besser eignent es sich als Elektrolyt und desto stärker ist die Korrosion.

Was passiert bei der Korrosion?

Das grundlegende Problem bei der Korrosion ist, dass der Stahl Elektronen wegen eines elektrischen Potentialunterschiedes zwischen dem Stahl und seiner Umgebung abgibt. Dabei reduziert sich das Stahl, es „löst sich auf“ (Details in der Wikipedia).

Rost

Wenn Stahl also mit Hilfe von Wasser und Sauerstoff oxidiert, entsteht Rost als sichtbares Korrosionsprodukt. Dabei kann der Rost verschiedene Färbungen haben: je heller der Rost ist, desto mehr Wasser ist an dem Vorgang beteiligt – d.h. desto feuchter ist die betreffende Stelle und desto mehr arbeitet das Material und rostet weiter. Je dunkler der Rost ist, desto trockener ist er und desto weniger stark schreitet die Korrosion fort.

Ein Stück Rumpf vom Stahlboot mit Resten von Beschichtung, braun-rotem Rost und Vertiefungen als Folge von Korrosion
Ein Stück Rumpf vom Stahlboot mit Resten von Beschichtung, braun-rotem Rost und Vertiefungen als Folge von Korrosion

Galvanische Korrosion durch Installationsfehler in der Elektrik

Wie beschrieben entsteht die Korrosion durch elektrische Potentialunterschiede zwischen dem Stahl und z.B. Sauerstoff (in dem Fall mit Hilfe des Elektrolytes Salzwasser), die bewirken, dass der Stahl Elektronen abgibt.
Bei einem Stahlschiff kann das durch Installationsfehler in der Landstromversorgung oder dem 12V/24V-System erheblich verstärkt werden.

Korrosion durch Installationsfehler der 230V Landstromversorgung

Nach DIN Norm muss die Erde des 230V Systems an Bord eines Stahlschiffes mit dem Rumpf verbunden sein. Damit soll sichergestellt werden, dass bei einem Isolationsfehler (d.h. wenn irgendwo versehentlich ein stromführender Leiter des 230V Systems Kontakt zum Rumpf bekommt) der Schutzschalter (FI Schalter) anspricht und die Stromversorgung unterbricht.

Andernfalls kann es – leicht nachvollziehbar – zu schwerwiegenden Personenschäden kommen, wenn ein stromführender 230V Leiter Kontakt zum (leitenden!) Rumpf des Stahlschiffes bekommt und eine Person den Rumpf berührt.

Dabei entsteht aber das Problem, dass durch die 230V Erde der Rumpf des Stahlschiffes über das Wasser mit der Erde an Land verbunden ist. Das wiederum bewirkt, dass ein zum Teil erheblicher Potentialunterschied zwischen Stahlrumpf und der Land-Erde (oder auch anderen Schiffen) entstehen kann, der über das umgebende Wasser ausgeglichen wird – und dabei gibt der Stahl wieder Elektronen ab und korrodiert.

Diese Korrosion kann so stark sein, dass sich innerhalb von Monaten große Schäden am Rumpf bilden. Deswegen ist bei den meisten Schiffen (vor allem den älteren) die 230V Erde auch nicht mit dem Rumpf verbunden.

Korrosion durch Installationsfehler des 12V/24V Systems

Wenn beim bordinternen 12V/24V System der Schiffsrumpf als Minusleiter missbraucht wird, kann ebenfalls eine verstärkte Korrosion auftreten. Denn in diesem Fall fließt ständig Strom durch den Rumpf und es entstehen wieder Potentialunterschiede zwischen dem Stahl und dem umgebenden Wasser.

Abhilfe gegen galvanische Korrosion durch Landstromversorgung

Die DIN Norm kann aber erfüllt werden, wenn man die 230V Erde über einen galvanischen Isolator (z.B. bei yachtbatterie.de) oder einen Trenntrafo (Beispiele) mit dem Rumpf verbindet. Beide Geräte verhindert die galvanische Korrosion.

Beispiel für einen galvanischen Isolator von Sterling
Beispiel für einen galvanischen Isolator von Sterling

Galvanische Isolatoren sind leichter und erheblich kostengünstiger als Trenntrafos, können aber z.B. durch zu hohe Belastung unbemerkt durchbrennen. Dann ist die Schiffserde wieder nicht mehr mit der Landerde verbunden, und die DIN Norm (und die Schutzwirkung gegen Personenschäden) ist nicht mehr erfüllt. Wenn ein Trenntrafo defekt ist, wird es sofort bemerk,t da dann die gesamte Landstromversorgung nicht mehr funktioniert.

Abhilfe gegen galvanische Korrosion durch das 12V/24V-System

Hier ist die Regel ganz schlicht: der Rumpf darf nicht als Minusleiter missbraucht werden. Eine Ausnahme bildet der Minusleiter des Anlassers und der Motorblock an sich. Da der Anlasser ohnehin nur sehr kurz läuft, ist die Korrosionsgefahr in diesem Fall vernachlässigbar.

Leider gibt es ältere Stahlboote, bei dem der Rumpf noch als Minusleiter missbraucht wurde. In diesem Fall muss das nach und nach durch zentrale Masse/Minussammelpunkte aufgelöst werden, die jeweils eine direkte (und ausreichend dimensionierte!) Kabelverbindung zum Minuspol der Batterie haben.

Übrigens bedeutet dies nicht, dass der Minuspol der Batterie keinen Kontakt zum Schiffsrumpf haben darf – ganz im Gegenteil. Der Minuspol aller Batterien muss auch am Schiffsrumpf anliegen, damit der Schiffsrumpf – analog zum 230V System – als Erde dienen kann. Auch hier wird dadurch gewährleistet, dass ein Isolationsfehler (eine Plusleitung bekommt Kontakt zum Schiffsrumpf) die Sicherung auslöst statt einen Brand zu verursachen.

Opferanoden / Zinkmäuse beim Stahlboot

Eine Opferanode ("Zinkmaus") am Rumpf eines Stahlbootes
Eine Opferanode („Zinkmaus“) am Rumpf eines Stahlbootes

Als einfachen Schutz gegen galvanische Korrosion werden Opferanoden (auch Zinkmäuse genannt) verwendet. Diese bestehen aus einem unedleren Material als Stahl (in der Regel Zink) und müssen elektrisch leitend mit dem Rumpf verbunden sein. Dann lösen sich die Opferanoden zuerst auf, bevor sich der Stahl auflöst (sie opfern sich).

Als Schutz gegen Korrosion, die durch die Verbindung der 230V Erde mit dem Schiffsrumpf ohne Isolator oder Trenntrafo entsteht, sind Opferanoden aber in der Regel nicht geeignet, da sie sich dann zu schnell abnutzen (was unter dem Strich mehr kostet als ein galvanischer Isolator).

Korrosion durch die Verbindung von Stahl und anderen Metallen

Stahl gibt nicht nur Elektronen über das Wasser an Sauerstoff ab, sondern auch an andere, edlere Metalle, wenn ein elektrisch leitender Kontakt besteht. Auch dadurch kann Korrosion entstehen.

Grundsätzlich gilt: das unedlere Metall opfert sich zugunsten des edleren Metalls (was ja auch genau das Wirkprinzip von Opferanoden ist).

Aber welches Metall ist nun edler als ein anderes? Hier eine unvollständige Spannungsreihe (von edel nach unedel):

– Kupfer
– Blei
– Zinn
– Nickel
– Eisen / Stahl
– Zink
– Wasser (Wasserstoff)
– Chrom
– Aluminium
– Magnesium

Die vollständige Reihe gibt es hier in der Wikipedia.

Zink ist also unedler als Eisen/Stahl, daher sind Opferanoden aus Zink. Kupfer ist aber edler als Stahl, bei leitendem Kontakt würde sich das Stahl zugunsten des Kupfers opfern, also korrodieren.

Vorsicht bei Farben mit metallischem Kupfer

Da Kupfer also edler als Stahl ist, und Stahl sich für Kupfer opfert, ist es also eine ganz schlechte Idee, auf das Stahl eine Farbe bzw. Beschichtung aufzutragen, die fast nur aus Kupfer besteht. Da ist erhebliche Korrosion vorprogrammiert, obwohl man mit der Beschichtung eigentlich das Gegenteil erreichen wollte.

Das gilt aber in der Regel nicht für kupferhaltiges Antifouling! Dort sind meistens nur Kupferverbindungen drin und kein metallisches Kupfer. Außerdem wird Antifouling ja nicht direkt auf den Stahl aufgetragen, dazwischen sollten immer einige Schichten Grundierung bzw. Primer sein, was ja die elektrische Leitung unterbindet.

Siehe auch

Rost in der Wikipedia
Korrosion in der Wikipedia
Spannungsreihe metallischer Elemente
Diplomarbeit eines Malers zum Korrosionsschutz von Schiffen

 

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