11. Elektrolyse, Rost

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Segeln mit Yachten

                                                        11.   Elektrolyse, Rost

       1. Elektrolyse
       2. Rost
       3. Schutz vor Elektrolyse, Einzelaspekte

1. Elektrolyse

                       -   Begriffe
                      -   Arten von Elektrolyse

„Alle aus metallischen Werkstoffen hergestellten Bauteile eines Schiffes unterliegen im Wasser der elektrolytischen Korrosion.

Diesem Zersetzungsprozess, der durch den Stromfluss zwischen, durch Wasser leitend verbundenen, unterschiedlichen Metallen entsteht,

kann durch die Montage von "Opferanoden" am Schiffskörper und den anderen im Wasser befindlichen Bauteilen,

wie Wellen- und Ruderanlagen, wirkungsvoll begegnet werden….“ (AWN, Katalog 2016)

Begriffe
Die Umgangssprache legt nahe, dass Korrosion etwas anderes sei als Elektrolyse.

Mit Korrosion wird "Rosten" assoziiert, mit Elektrolyse "unerklärliche Zersetzung" eines Metalls.

Für Fachleute dagegen ist Korrosion der Überbegriff.
Kompliziert wird die Situation dadurch, dass im Detail unterschiedliche Begriffe verwendet werden.
"Galvanische Korrosion" z. B. heißt bei Wikipedia "Bimetallkorrosion" , während Phillipi die Elektrolytische Korrosion

ebenfalls als "Galvanische Korrosion" bezeichnet.
Bei Wikipedia sucht man den Ausdruck "Elektrolyse" (als Korrosionsart) vergebens.

Wenn man aber in einer Werft von "Elektrolyse" spricht, weil man entsprechende Probleme hat, wird man verstanden.
Offensichtlich gibt es eine theoretisch-puristische Begriffsverwendung und demgegenüber eine hergebrachte, übliche Gebrauchssprache.
Diese übernehme ich.

Arten von Elektrolyse

- Kontakt-Korrosion
Wenn sich zwei ungleiche Metalle (Baum aus Alu, Niete aus Niro) in einem Elektrolyten (z. B. Seewasser) berühren,

entsteht ein galvanisches Element.

Galvanische Elemente geben Strom ab. Dabei wird das unedlere Metall zersetzt.

- Galvanische Korrosion
Galvanische Korrosion tritt auf, auch wenn sich die Metalle nicht unmittelbar berühren, aber eine leitende Verbindung

der beiden Metalle außerhalb des Elektrolyten besteht.
Es entsteht eine Spannung: Strom fließt vom Plus-Pol (z. B. Kupfer) zum Minuspol (z. B. Zink).
Das unedlere Metall, welches in der Spannungsreihe tiefer steht, wird zersetzt

Elektrolyte sind See-, Leitungs- und Regenwasser, Handschweiß, Luftfeuchtigkeit usw.

Aus einem Lehrbuch (Verfasser, Titel, Jahr ?):

Man kann eine große Anzahl von galvanischen Elementen zusammenstellen.
Je nach den verwendeten Metallen erhält man verschiedene Spannung. … Stellt man eine Anzahl Elemente zusammen,
in welchem die eine Platte immer aus Magnesium, die andere aus einem anderen Metall besteht,

so erhält man man die folgende

    Spannungsreihe
            Gold                3,37   V
            Silber                2,67
            Kupfer               1,22
            Blei                   1,74
            Zinn                  1,72
            Nickel               1,62
            Eisen                1,44
            Chrom              1,31
            Zink                 1,09
            Aluminium        0,42
            Magnesium       - - -
                                        (Tabelle verkürzt)
     Aktuelle Tabelle bei Wikipedia unter Elektrochemische Spannungsreihe.

Verhütung von galvanischer Korrosion:
- Die leitende Verbindung nicht zulassen oder unterbrechen

        z. B. keine Verbindung zwischen Motorblock (mit Schraube aus Bronze) und Kiel (Eisen) herstellen.
       Beim sog. Potentialausgleich im Zuge des Blitzschutzes wird dies gefordert.
-   Trenntransformator
       Bei Alu-Yachten unvermeidlich; bei Stahl dringend zu empfehlen.
       Es entsteht an Bord ein neues 230-V-Netz, das einen Fehlerstrom-Schutzschalter (RCBO/Fi-Schalter) braucht.
       "The only way to prevent electrolysis between your yacht and the outside world is to completely insolate
       the power supply via a galvanic isolator. … " (Jefa, weiter unten: 3) Schutz vor Elektrolyse)
-   Galvanischer Isolator
       Philippi empfiehlt ihn "vor allem für Yachten mit Kunststoffrumpf ..., um die Antriebseinheit vor galvanischer Krrosion,
        bedingt durch den Landanschluss, zu unterbinden."
-   Opferanoden
       am besten zusätzlich.
       Ich habe auf Summertime weder Trenntransformator noch Galvanischen Isolator sondern nur Anoden.
- RCBO s. weiter unten: 3) Schutz vor Elektrolyse, Landanschluss

- Elektrolytische Korrosion

Wenn Strom zugeführt wird, zersetzt sich das edlere Metall.
Diese Form der Elektrolyse ist sehr aggressiv!
Der Minuspol allein verursacht keine Zersetzung. Erst wenn der Pluspol ein Metall kontaktiert, welches geerdet ist, entstehen Schäden.

("Erdung" heisst bei Schiffen: leitende Verbindung zum Seewasser)

Verhütung:
-     Vagabundierende Ströme nicht zulassen.
        Auf gute Isolation der Kabel achten.
-     Opferanoden sind notwendig infolge des Startvorganges.
        Normalerweise liegt der Plus-Pol der Starterbatterie am Generator und Minus am Motorblock.
        Sie sind also getrennt. Im Moment des Startens aber wird Kontakt hergestellt, Strom fließt, elektrolytische Korrosion setzt ein.
        Zwingend sind daher Opferanoden an Welle und Kiel.
        Schwierig ist die Situation bei Alu-Schiffen. Der Startkreis sollte hier vollständig isoliert sein.
-     Leitende Verbindungen nicht zulassen oder unterbrechen:
   -     Landstrom: Stecker ziehen
   -     Elektr. Ankerwinsch:
           Zwischen den beiden Metallen des E-Anschlusses entsteht unvermeidlich Kontaktkorrosion,
             wenn unter Spannung zusätzlich elektrolytische Korrosion.
             Deshalb nach Einsatz der Ankerwinsch den Strom abschalten!
              s. 3. Einzelaspekte, Ankerwinsch

-     Interkristalline Korrosion (Korrosion zwischen Metallkristallen)
Die Kristalle eines metallischen Werkstoffs können stofflich sehr verschieden sein.

Tritt Feuchtigkeit hinzu, so entstehen zwischen den einzelnen Kristallen Ströme wie in einem galvanischen Element.

Die Minuspol-Kristalle werden zerfressen und das Gefüge zerstört.
Bsp: Korrosion bei Wantenspannern, die komplett aus Niro gefertigt sind.

Verhütung: nicht möglich
       Wantenspanner: Spanner austauschen gegen solche mit Bronzehülse.

-     Weitere Arten der Korrosion: s. Wikipedia
        Wikipedia kennt 36 Arten von Korrosion.

2. Rost
                       -    Rostschutz
                       -   Entrostung

Aus dem o. g. Lehrbuch:
Die metallischen Werkstoffe werden im Laufe der Zeit durch äußere Einflüsse zersetzt. Dieser Vorgang heißt Korrosion.

Bei Stahl und Eisen spricht man an Stelle von "Korrosion" auch vom Rosten.
Die Korrosion kann rein chemische oder aber auch elektrochemische Ursachen haben.
Bei fast allen Metallen bildet sich auf der Oberfläche eine Korrosionsschicht. Dies wirkt sich jedoch nicht immer schädlich aus.

Bei Aluminium, Kupfer und einigen anderen Metallen ist diese Schicht dicht und fest. Sie verhindert die weitere Zersetzung

und wirkt korrosionsschützend.

Bei Stahl und Eisen dagegen ist die Schicht (Rost) so porös, dass die Korrosion ständig weiter fortschreiten kann. …
Ein Metall ist umso edler, je weniger es zersetzbar ist.
Ausgesprochene Edelmetalle sind Platin, Gold und Silber.

Rostschutz (Korrosionsschutz bei Stahl)
Wikipedia (sehr verkürzt):
    … Zum Korrosionsschutz werden Eisenwerkstoffe mit Schutzschichten überzogen, mit Opferanoden versehen
    oder auch nachträglich mit Phosphorsäure entrostet.
    -    In den meisten Zinkstaubfarben ("Zinkspray") kann das Zink ... nicht galvanisch wirken …
    Nur Zinkstaubfarben mit elektrisch leitendem Bindemittel oder Zinkstaubfarben auf Epoxidharz-Basis
    mit geeigneter Pigment-Volumen-Konzentration … bei der sich die Zinkteilchen berühren, schützen gut vor Korrosion.
    -    Eisenrohre werden elektrisch mit einer sogenannten Opferanode aus einem unedleren Metall verbunden.

Entrostung
Wikipedia:
    Die vollständige Entfernung von Rost bis auf das blanke Metall ist eine der Voraussetzungen,
    dass ein korrosionsbeständiger Anstrich erreicht werden kann.
    Leichter Rost lässt sich auch mit einer schwachen Säure abwaschen. Geeignet ist beispielsweise verdünnte Phosphorsäure.
    Damit die Säure das Metall nicht angreift, muss sie danach mit viel Wasser abgespült werden.
   Das Metall muss gründlich getrocknet und vor weiterer Korrosion geschützt werden.

Phosphorsäure dient auch als Rostumwandler.

Rost bei Niro lässt sich mit verdünnter Phophorsäure, Oxalsäure oder Ferrenit entfernen. (s. II Praxis, Instandhaltung)

Mechanisches Entrosten
       -    Bürsten, Schleifen, Schmirgelpapier
       -    Sandstrahlen
       -    Handbohrmaschine und Tercoo-Scheiben (= Naturkautschukscheibe mit Metallteilen bestückt)

Rostversiegelung
Roststelle mit
       G4 (Vosschemie; Polyurethan-Präpolymer-Beschichtung) plus zugehöriger Verdünnung
tränken.
Dann mit Epoxidharz überstreichen.

3.     Schutz vor Elektrolyse, Einzelaspekte

                                               -   Opferanoden
                                               -   Schlauchschellen
                                               -   Seeventile
                                               -   Wassertank
                                               -   Mast, Baum
                                               -   Kupfer- oder zinkhaltiges Antifouling
                                               -   Funk
                                               -   Kiel
                                               -   elektrische Ankerwinsch
                                               -   Landanschluss
                                               -   Ruder
                                                       -   Elektrolyse-Test
                                                       -   Schutz des Ruders

-     Opferanoden
Sie bestehen aus Zink (auch Mg, Alu) und werden auf das zu schützende Metall (Welle, Kiel) aufgeschraubt.

Das unedlere Metall, die Opferanode, wird zuerst angegriffen.
Sie schützen bis sie selbst verbraucht sind.
"Die beste Vorsorge sind im allgemeinen Zinkanoden.

Für Alu-Yachten aber müssen Opferanoden mit einer speziellen Legierung verwendet werden.

In Amerika werden bevorzugt Magnesium-Anoden bei Alu-Yachten eingesetzt…"

(Isenberg/Korp, "Bootsmotoren", Motorbuch-Verlag)

Süß-, Brack-, Meerwasser

Süßwasser - 0,1 % Salzgehalt

Brackwasser > 0,1 % - 1 %

Meerwasser > 1 %

Der durchschnittliche Salzgehalt der Meere beträgt 3,5 %.

Welche Anode für welches Fahrtgebiet?
        -    Zink-Anode:           Salzwasser
        -    Magnesium-Anode: Süßwasser / Brackwasser
        -    Aluminium-Anode: Süßwasser / Brackwasser / Salzwasser
                                                                     (AWN, Katalog 2016)

nach Palstek (4/2023)

- bis 0,1 % Salzgehalt: Magnesium-Anoden

- bis 0,5 % Auminium-Anoden (AlZn5In) (Anm.: Al = Aluminium, Zn = Zink, In = Indium, Mg = Magnesium)

- von 0,5 bis 3,8 % Zink-Anoden (Mg würde sich "sichtbar schneller opfern")

Zinkanoden sind nicht gleich Zinkanoden. Denn es handelt sich um Legierungen.

Manche sind wirkungslos aufgrund falscher Beimischungen:

"Bei der Installation von Zinkanoden, die nicht nach den aktuellen US - Militärspezifikationen zertifiziert sind,

besteht die Gefahr, dass die Anoden kontaminiert werden und die Metalle ... nicht schützen."

Anoden werden im Kokillen-Gussverfahren oder als Druckguss-Presslinge hergestellt.

Letzteres ist billiger, es müssen aber Zusätze eingebracht werden, welche die Eigenschaften verschlechtern.

Erkennbar sind Presslinge an kleinen kreisförmigen Auswerferpunkten und einer sehr glatten Oberfläche.

"Oftmals stammen solche Anoden aus Drittländern, die ohne, oder mit geringen Umweltauflagen hochgiftige Substanzen

wie Blei oder Cadmium vergießen. Diese Stoffe werden beim Auflösen der Anode ... freigesetzt und schaden der Umwelt."

Deutscher Hersteller: www.opferanode24.de

Opferanoden müssen metallisch blank sein. (Drahtbürste oder Feile !)

Wenn sich Opferanoden nicht abbauen, ist etwas verkehrt:

- kein elektrischer Kontakt zu dem zu schützenden Metall

- ungeeignetes Material

- Störung durch andere Metalle oder Fremdströme

(soweit Palstek)

- Motoren
Motoren mit Seewasser-Kühlung sind gefährdeter als Motoren mit Zwei-Kreis-Kühlung.
Plätze für Opferanoden können sein: Zylinderkopf, Motorblock, Wassersammler, Wärmetauscher, Getriebe, Wellenanlage.
Handbuch beachten!

- Welle - Propeller
Kontaktkorrosion und galvanische Korrosion: Opferanoden!

Praktische Hinweise: s. II Praxis / 18. Winterlager

- Schlauchschellen
Sie können sich durch Elektrolyse zersetzen.
Deshalb, wenn unterhalb der Wasserlinie, jeweils zwei Schlauchschellen anbringen.
Regelmäßig prüfen.

- Seeventile
Isenberg/Korp „Bootsmotoren“ empfiehlt Ausbau alle 5 Jahre.
Korrosionsbeständiges Material, noch besser Seeventile aus Kunststoff verwenden: vgl. I / 1. Rumpf, Seeventile

"Beide Materialien (Anm.: Kunststoff und Bronze) machen auch nach jahrzehntelangem Seewassergebrauch keine Probleme.

     ... Messing schon."                                                                                                  (Palstek 5/23)

-     Wassertank (aus Edelstahl)
Zur Wasserentkeimung kein Desinfektions-Mittel auf Silberjodid-Basis verwenden.

-     Mast, Baum (Aluminium) - Beschläge (Niro): Kontaktkorrosion
Vermeidung:
    -     Isolierung, z. B. durch Tufnol-Scheiben oder –Buchsen; Tef-Gel (oder Lanocoat)
    -     Alu- oder Monel-Nieten verwenden.

-     Kupfer- oder zinnhaltiges Antifouling
Kontaktkorrosion: unmittelbarer Auftrag auf das Gusseisen des Kiels
Galvanische Korrosion: Kupfer oder Zinn erzeugt Elektrolyse gegenüber allen anderen Metallen unter Wasser

(Welle, Propeller, Ruderschaft), wenn im Schiffsinneren eine Verbindung besteht,

z. B. Kiel – Sammelerde (Potentialausgleich) – Motorblock – Welle.
     “No copper, mercury (Quecksilber) or lead based antifouling paint on aluminum or mild steel.”
              (Marine Electrical Check List, s. weiter unten)

-     Funk z. B. UKW
Es gibt unterschiedliche Problemkreise:
     -    die zu erdende Abschirmung des Antennenkabels
     -    die Erdung des Gerätes
     -    der Vorgang des Funkens (Stromzuführung)
Abhilfe:
     -   Trennrelais DC – DC   (Preis?)
     -   UKW-Gerät nicht erden
     -   auf die Anoden vertrauen

-     Kiel
Kiel (Gusseisen) - Kielbolzen (evtl. Niro): Kontaktkorrosion
Das Seewasser draußen halten durch Ausfüllen der Fuge zwischen Kiel und Rumpf mit einem dauerelastischen Material.

Nach einigen Jahren Kielbolzen überprüfen durch Röntgen.

Kiel - Welle/Propeller (Galvanische Korrosion)
Kiele ganz mit Epoxy ummantelt, sind elektrolysefrei, weil das Seewasser (Elektrolyt) das Metall nicht berührt.
Aus Blitzschutzgründen braucht der Kiel aber eine Kontaktfläche mit dem Seewasser (siehe: I / 12. Blitzschutz).
Kiel und Propeller sind zunächst unverbunden. Wenn man es fertig bringt, dass sie unverbunden bleiben, scheint alles ok zu sein.

Dennoch gab es bei meinem Schiff am Kiel Elektrolyse: Ursache?
Opferanoden am Kiel anbringen!

Verbindungen außerhalb des Elektrolyten (galvanische Korrosion)
Zum Laden der Batterien benötigt man entsprechende Plus-Leitungen und eine gemeinsame Minus-Leitung.

Die Batterien sind also untereinander über die Minuspole verbunden.
Die Motorelektrik (Start, Anzeigegeräte) wird üblicherweise einpolig ausgeführt, d. h. die Minusrückleitung z. B. beim Starten

des Motors erfolgt über den Motorblock und vom Motorblock mit Kabel zum Batterie-Minus der Startbatterie.
Der Motorblock ist über die Welle mit dem Propeller (und dem Seewasser = Elektrolyt) verbunden.
Wenn nun der Motorblock (Batterie-Minus) mit dem Kiel verbunden würde, wäre die leitende Verbindung (außerhalb des Elektrolyten)

geschaffen.
Die Verbindung kann zustande kommen durch:
- eigenständige Erdung der Batterie mit dem Kiel
- Blitzschutz
Um einen Blitz abzuleiten, erdet man den Mast (und Heck- und Bugkorb, Seereling), das heißt man stellt eine leitende Verbindung

von Mast zum Kiel und dem Seewasser her.

Wenn die Erdungsstrecke keine weitere Verbindung zum Motor (und damit zum Minus der Batterie) hat, entsteht keine Elektrolyse.

Wenn aber der Potentialausgleich (Vermeidung von Strom-Überschlägen im Schiffsinneren) konsequent durchgeführt wird

und den Motor einschließt, entsteht diese Verbindung.
Gegenmaßnahmen: Anoden … oder nicht verbinden. (Es gibt für Sportboote keine gesetzlichen Vorschriften.)

- Elektrische Ankerwinsch (Elektrolytische Korrosion)
Kontaktkorrosion: Anschlüsse der Kabel (Salzfeuchte als Elektrolyt)
Elektrolytische Korrosion: Kriechströme zwischen den Kabelanschlüssen, wenn Strom eingeschaltet wird,

z. B. um den Anker einsatzbereit zu haben.
Verhinderung: Strom für die Ankerwinsch nach Einsatz abschalten.
Dauerstrom auf der Ankerwinsch (um den Anker bereit zu haben) ist falsch.
   (Das hatte ich gedacht.
   Die Folge: zersetzte Kontaktplatten und eine Reparatur, die fast so viel kostete wie eine neue Winsch.)
Kontaktkorrosion bleibt noch immer:
    -    Seewasser möglichst fernhalten.
    -    Ankerkasten und Winschenmotor mit Süßwasser spülen; Lüften.

-     Landanschluss
Philippi, Katalog Nr. 14, o. J. (2014)
„Befinden sich zwei Metalle im gleichen Elektrolyten entsteht aufgrund der unterschiedlichen Potentiale eine elektrische Spannung.

Sind beide Metalle miteinander verbunden entsteht ein Stromfluss, welcher solange fließt bis das Metall mit dem niedrigeren Potential

verbraucht ist.“
Bisher war von einer Verbindung der Metalle innerhalb des Schiffes die Rede. Es gibt aber eine zweite mögliche Verbindung:
„Eine Gefahr dafür ist der Landanschluss bei Yachten mit Metallrümpfen, da der Schutzleiter an Bord geerdet ist.“
       Anm.:
   Bei der Stromerzeugung an Land wird über eine Stahlstange oder ähnliches im Erdreich geerdet.
   Eine elektrische Verbindung zum Schiff ergibt sich über das Grundwasser - zum Seewasser - zum Propeller oder Metallrumpf.
   Wird Landstrom benutzt, schließt sich der Stromkreis über den grüngelben Schutzleiter.
Verhütung:
„Dieser Stromkreis lässt sich nur durch Trennung der Schutzleiterverbindung am Boot unterbrechen.

Um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten, muss dazu ein Trenntransformator eingebaut werden.. …“

Alu-Yachten sind extrem elektroyse-gefährdet.

Man sollte sich weder an Stahl-Spundwände legen noch neben Stahlschiffe.
„Liegt eine Alu-Yacht neben einer Spundwand oder einer Stahlyacht, so wird der galvanische Stromkreis ebenfalls geschlossen.“
Es gibt Messgeräte, die Stromfluss anzeigen.

GFK-Yachten
„Wenn ein RCBO-Schutzschalter in das Bordnetz integriert ist, braucht der negative Erdungsanschluss des DC-Systems nicht

mit der AC-Landerdung (Schutzleiter) verbunden sein.

Damit kann die Korrosion des Antriebs bei Kunststoffbooten vermieden werden.“
(RCBO: Residual current operated Circuit-Breaker with integral Over current protection
= kombinierter Fehlerstromschutzschalter, entspricht FI/LS- oder LS/DI-Schaltern)
Eine zweite Möglichkeit:
"Zur Vermeidung galvanischer Ströme zwischen dem Rumpf und dem Landnetz kann ein galvanischer Isolator gesetzt werden.

Zwei … Dioden erzeugen ein so hohes Sperrpotential, dass galvanische Ströme nicht mehr fließen können.
Der galvanische Isolator wird vor allem für Yachten mit Kunststoffrumpf empfohlen …"

2012:
"Gemäß CE-Richtlinie muss der Landschutzleiter mit der negativen Gleichstromerdung Ihrer Yacht verbunden werden.

Damit ist fast automatisch der Saildrive, der Motor, Borddurchlässe und vieles mehr mit dem Landschutzleiter verbunden. …

Aufgrund der Verbindung zwischen Schutzleiter und der negativen Gleichstromerdung kann es zu einem galvanischen Ausgleich

zwischen der Nachbaryacht, der Marina oder anderen Bauten im Wasser und Ihrer Yacht kommen.

Dieses kann soweit gehen, dass sich Durchlässe auflösen, gesamte Ruderanlagen bei Belastungen brechen, etc.
Die Verwendung geeigneter Opferanoden schützt Ihre Yacht zunächst vor solchen Schäden.

Hat Ihr Nachbar oder die Marina keine Anoden, werden ihre Anoden schneller verbraucht.

Diese unerwartete Korrosion kann dann den Antrieb, etc. zerstören.

Durch Einbau eines galvanischen Isolators wird dieser Vorgang vermieden.“

- Ruder

Elektrolyse-Test
Der Ruderschaft besteht aus Alu, die Propellerwelle aus Niro, der Kiel aus Eisen.
Wenn es Verbindungen außerhalb des Seewassers gibt, entsteht Elektrolyse. Gefährdet ist vor allem das Aluminium.
Durch folgende Messungen kann man feststellen, ob es Verbindungen gibt:
- einen Pol des Voltmeters (Ohm-Meter) an den Ruderschaft halten (evtl. durch Draht/Kabel verlängern),

der andere Pol kontaktiert die Propeller-Welle. (Die Messpunkte können auch im Innern der Yacht liegen.)

Messen!
- Dann Ruderschaft – Kiel.
Die Widerstände sollten unendlich hoch sein. Dann gibt es keine Verbindung der Metalle und somit auch keine Elektrolyse.
Wenn der Widerstand geringer ist, also einen Zahlenwert ergibt, besteht eine elektrische Verbindung und Elektrolyse findet statt.

Maßnahmen:
-   Das Leck finden und die Metalle elektrisch trennen.
-   Opferanode anbringen.

-   Niro (stainless steel)
    -   Stainless steel use with caution under water.
    Stainless steel is great underwater except when oxygen is not available to its surface, as happens under marine growth,
    in wet wood, inside stuffing blocks and rubber bearings, and underneath fittings.
    -   Use only austenitic stainless steels in marine applications.
    The stainless should preferably be type 316 or better …
    No gaskets containing asbestos or graphite and no underwater use of graphite based grease
    or graphite impregnated packing.
    -   Asbestos and graphite are very noble in the galvanic series … und will therefore corrode most metals
    they are in contact with.
   aus: Marine Electrical Check List      www.islandnet.com/robb/marine.ht

Schutz des Ruders
aus: Jefa: Electrolysis (2010) www.jefa.com

Electrolysis on GRP and composite yachts:
Lets now project this theoretical phenomena to your sailing yacht.

First we have to determine which metal will start acting as anode.

Following list is a sum up of metals in order of electro negativity, starting with the most negatively charged metal:

Magnesium, Zinc, Aluminium, Steel and Iron, cast Iron, Stainless Steel (active) , Lead, Brass, Copper, Bronze, Stainless Steel (passive), Carbon.

(One can make Stainless Steel passive by chemical treatment after machining).

Second, the hull material is important. Lets start with composite hulls.
Typical rudder stock metals are aluminium and (active) stainless steel. Typical propeller shaft metal is (passive) stainless steel.

Typical propeller metal is bronze. Typical keel material is lead or cast iron or a combination of both.

(The propeller shaft can be made out of passive stainless steel as the geometry is often very simple,

no welding will have to be done and can be ordered as passive stainless steel).
Lets take a yacht with an aluminium rudder shaft, standard propeller drive system and a cast iron keel.

Some boat builders choose to connect all three parts with a copper wire (see red line in illustration).

They protect the complete system with a zinc anode on the propeller or propeller shaft.

The zinc anode has the lowest electro negativity and will act as anode.

The propeller shaft, made of passive stainless steel, will act as cathode. As long as the zinc anode is present, it will all go well.

Problems will arise when the zinc anode either is completely dissolved or falls off.

The new anode will be the aluminium rudder shaft, which will start to sacrifice itself.

Even if one had chosen to use a stainless steel (active) rudder shaft, the same would happen:

The rudder shaft will start to dissolve in the water.

A typical example is a Scandinavian boat owner, having sailed years without any problems, now take's his yacht to the Mediterranean

and is confronted after one year in the water with the fact that the zinc anode has been completely dissolved in the water

and his rudder shaft shows signs of electrolysis.

The extreme salty and warm environment highly increases the electro potential difference between the different metals,

making the reaction to go much quicker.

Solution to avoid electrolysis:
This is the reason that we can only advise to make sure the rudder shaft is completely electrically disconnected from the rest

of the vessel. Often this connection is made without the awareness of the boat owner.

Other parts on the yacht, like the steering system and autopilot drive, are linked to the rudder shaft.

Parts like the engine control and instruments are again linked to the steering system.

Without any precautions a connection to the engine and propeller shaft is easily made.

As the general minus pole of the power supply on the yacht is mostly connected to the engine, every electrical function on board

is connected to the propeller shaft.

(An exception to this is when a trust bearing in combination with an electrically isolated flexible coupling is used i

n the propeller drive system).

Lets closely look at the parts that could connect to your rudder shaft:
• Autopilot drive: As the minus pole of the autopilot drive is mostly continuously connected to the battery

and thus to the propeller shaft, we have a very dangerous potential connected.

One should thereby always check if the housing and drive shaft of the autopilot drive is insulated from the minus pole

(most autopilot drive manufacturers will not guarantee an electrical insulation!) .

Even when there is no connection (an infinite resistance on the resistance meter), eventually a connection inside the electrical motor

could arise due to carbon dust, worn from the carbon brushes in the motor, connection the minus pole to the housing.
The best solution for disconnection is to insulate the autopilot drive shaft from the tiller arm connected to the rudder.

As most autopilot drives use a rose joint - pin connection, one should use an insulated rose joint.

As most rose joints used in this application are standard industry products, insulation is not a subject.

Mostly the housing and the ball are made of stainless steel. Between the ball one can either find a bronze bush or a thin teflon layer.

The first one is completely non insulation, the second is insulating up until the teflon is worn.

As no proper solutions are available in the marketplace, Jefa marine has decided to develop a range of custom made,

fully insulated rose joints.

Please check our news page regularly for announcements.

• Steering system: If you use a hydraulic steering system, in combination with nylon flexible hoses, there is no problem.

As the use of a hydraulic system on a sailing yacht is very rare, one should concentrate on mechanical steering systems.

Two methods of steering can be used: cable steering or rod steering.

Cable steering systems can't be electrically disconnected from the rudder.

Rod steering systems always use a rose joint to connect to the rudder.

The same rules of disconnection are valid as shown in the above section on autopilots.

If complete insulation of the connecting rod (draglink) is not possible, one should take the same measurements as on cable systems;

electrically insolate the steering system and pedestal from the rest of the yacht.

• Engine control mounted on steering pedestal:

As the control cables of the engine control are made of steel and stainless steel one should carefully insulate

the engine control housing from the pedestal.

• Various instruments and switches. Often the pedestal is covered with instruments and switches.

One should make sure the cables attached to these instruments and switches are not in contact with any metal parts

of the steering pedestal.

• Compass wire: In most cases, the compass wire will run through the pedestal.

A cable joint will be made in the top of the pedestal or binnacle. Please check if no contact is made to the pedestal or binnacle.

• Anti Fouling: Be absolutely on full alert when anti fouling with metal components (often copper) is used.

After painting your hull with this antifouling, you should tread your hull as a metal hull.

So when you connect a copper hull to an aluminium rudder shaft, you can be sure the aluminium shaft

will be suffering from electrolysis.

Make absolutely sure there is no connection between the paint and the shaft, stop a few centimetres from the shaft with anti fouling!

When you want to use anti fouling on the ruddershaft, please use the same antifouling as used on a saildrive.

Test methods:
When the yacht is ashore, these connections can be tested by using an accurate resistance meter.

One should connect one pole to the rudder shaft and the other pole to the propeller shaft or keel. The resistance should be infinite.

If the resistance is less, one has a current leak and should test all above possible connections.
When the yacht is in the water, one can do the same test.

A second test is to measure the voltage difference between the rudder and propeller shaft.

Depending on the factors water type, temperature, used metals as described above, the voltage difference can vary

from a couple of millivolts to tenths of volts.

If a voltage difference is present, there will be no connection between the measured parts.

Electrolysis on aluminium and steel yachts:
The rules for avoiding electrolysis on aluminium and steel yachts are the same as on composite yachts:

Disconnect the rudder from the rest of the ship.

Mostly metal ships will have metal rudder blades. It's advisable to protect these blades

with a separate zinc anode on the rudder blade.

Especially when different types of metals or metal mixture are used. For example a stainless steel rudderstock with a steel blade,

or a aluminium rudder stock with an aluminium blade.

The aluminium of the rudder stock is not the same as the aluminium of the blade.

A small galvanic element is created that should be protected with an anode.

Electrolysis between the yacht and the outside world:
This type of electrolysis is the most feared type. A complete aluminium hull can dissolve in one month making the yacht a total loss.

Instances are known even on composite yachts that lost a complete stainless steel rudder in one month time.
As this explanation of electrolysis is mainly based on protecting the rudder system, and as long as the rudder shaft

is electrically disconnected from the rest of the yacht, the rudder shaft can't suffer from electrolysis.
The only way to prevent electrolysis between your yacht and the outside world is to completely insolate the power supply

via a galvanic isolator. …

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Summertime
-    Zu denken gab mir der Hinweis bei Jefa, dass Opferanoden unbemerkt verbraucht sein können

oder aus anderen Gründen nicht funktionieren. Was dann!?
- Blitzschutz contra Elektrolyse!
Blitzschutz und Elektrolyse stehen sich gewissermaßen gegenüber. Ich habe mich gegen Elektrolyse entschieden

und nehme Schwächen im Blitzschutz in Kauf.

Deshalb habe ich den Motor nicht mit dem Kiel verbunden.
Bordnetz und Blitzschutz sind konsequent getrennt:
    -   Der Mast, Wanten etc. sind mit dem Kiel verbunden, die Startbatterie (und Servicebatterie) mit dem Motorblock.
    -   Einen Potentialausgleich habe ich nicht realisiert. Zwischen Kiel und Motorblock gibt es keine Verbindung.
    -   Ebenso keine Erdung des UKW-Gerätes.
    -   Eine Trennung von Landnetz und Stromnetz an Bord erfolgt mit RCBO.
Trotz dieser Maßnahmen habe ich Elektrolyse am Kiel, seit ich im Mittelmeer bin.
Die Kielsohle rostet stark; die aufgebrachte Zinkfarbe hat es nicht verhindert.
    Maßnahmen: Ich habe
    -    den Kiel mit Epoxy ummantelt
    -    Opferanoden am Kiel angebracht. Sie dienen gleichzeitig als Spannungs-Ableiter

(Vgl. I / 12. Blitzschutz)

März 2017