Aufbau einer CO2 Anlage (für Einsteiger)

Es war Anfang 2005 als ich eine komplette CO2 Anlage inkl. CO2 Steuergerät geschenkt bekam. Nun Stand ich da mit 3 Flaschen, einen kleinen Computer, Manometer, Fühler und Null Ahnung. Eine Beschreibung gab es nicht und der Geschenkgeber hatte die Anlage auch nur vererbt bekommen. Wie baut man jetzt das Ganze zusammen?

Foren halfen mir da nicht wirklich weiter. Ich bekam mahnende Worte wie „Wenn du nicht weißt wie ein CO2 Steuergerät funktioniert, dann probiere es erst mal ohne“ oder „Mach halt eine Bio-CO2 Anlage, ist viel einfacher und billiger“. Manche machen eine ganze Wissenschaft daraus und wieder andere empfahlen mir es ganz sein zu lassen: „Mit CO2 ist nicht zu Spaßen, lass es lieber sein wenn du keine Ahnung hast“. 

Was soll das, dachte ich mir, ich will ja schließlich keine Bombe bauen. Ich will nur etwas CO2 ins Aquarium bringen. Garantiert kauf ich mir keine Olle Bio CO2 Anlage, wenn ich doch alles zuhause habe. Mit viel akribischer Mühe und einigen Gesprächen bekam ich die alte Co2 Anlage dann letztendlich doch zum laufen und was soll ich sagen! Es ist einfacher zu verstehen als Gedacht.

Grundaufbau einer CO2 Anlage ohne Steuergerät

Druckgasflasche

Die Druckgasflasche ist im gefüllten Zustand mit ca. 60 – 75 bar CO2 gefüllt und wird in sämtlichen Größen von 0,5 bis 10 Kilogramm angeboten. Größere Flachen sind meist der Industrie vorbehalten und für den privaten Gebrauch viel zu teuer.

Solche Druckgasflaschen sind wiederverwertbar und lassen sich für relativ wenig Geld Neu füllen. Allerdings besitzen CO2 Vorratsflaschen einen TÜV Siegel, welcher alle 10 Jahre erneuert werden muss. Nach ablaufen des TÜV´s darf der Händler die Flasche nicht mehr füllen.

Druckminderer

Auf die Druckgasflasche wird ein sogenannter Druckminderer mit Manometer aufgeschraubt. Das Manometer ist eine Messeinrichtung zum Messen des physikalischen Druckes. In den allermeisten Fällen sieht dieser wie ein kleiner Tacho aus, so wie auf dem Foto. In den seltensten Fällen kann dieser auch eine digitale Anzeige besitzen.

Der Druckminderer besitzt zwei dieser Manometer. Der erste zeigt den aktuellen Druck und somit den Füllstand der Flasche an, der zweite den Arbeitsdruck. Zwischen beiden ist ein Druckminderer verbaut, dieser reduziert den zu hohen Flaschendruck auf einen einstellbaren niedrigen Arbeitsdruck. Der Arbeitsdruck kann an einer Stellschraube verstellt werden. Dazu muss man die Stellschraube im laufenden Betrieb auf oder zu drehen.

Der Arbeitsdruck sollte idealerweise bei etwa 1,5 – 2,0 bar liegen. Wie gesagt muss die Anlage laufen um den Arbeitsdruck einzustellen, deswegen sollte man das Einstellen des Arbeitsdrucks als vorletzten Schritt ausführen. 

Nadelventil

Nach dem Druckminderer mit seinen Manometern kommt auch schon das Nadelventil (Feinventil).

Das Nadelventil hat die Aufgabe den reduzierten Arbeitsdruck noch feiner zu dosieren. Mit diesem lassen sich feinste Einstellungen durchführen um das Gas in einzelne Blasen pro Minute zu regeln. Dazu später mehr.

Magnetventil

Das Magnetventil wird in den meisten Fällen in einer Einheit mit dem Druckminderer, den Manometer und dem Nadelventil verbaut. Ist aber in der Aufzählung das Letzte Bauteil durch das das CO2 muss.

Da mein Geschenk schon ein paar Tage auf dem Buckel hat, muss mein Magnetventil gesondert eingebaut werden. Das ist aber kein Problem, denn das Prinzip ist das gleiche. Hier wird aber das Magnetventil separat eingebaut und zwar zwischen Nadelventil und Rückschlagventil.

Das Magnetventil hat die Aufgabe den CO2 Fluss elektronisch zu unterbrechen. Pflanzen können das CO2 nur bei Licht verwerten und in Sauerstoff umwandeln (Fotosynthese). Wenn die Pflanzen kein Licht haben, benötigen sie demnach auch kein CO2. 

Das Magnetventil ist ein Öffner, das heißt es öffnet die CO2 Zufuhr wenn Strom anliegt. Wird der Strom unterbrochen, schließt das Ventil. Somit lässt sich das Magnetventil mit der Zeitschaltuhr der Beleuchtung betreiben. Licht an, CO2 wird freigegeben. Licht aus, CO2 zufuhr unterbricht.

Rückschlagventil

Das Rückschlagventil verhindert das Wasser aus dem Aquarium durch den CO2 Schlauch zurück in das Magnetventil wandert. Deshalb besitzt dieser auch eine Einbaurichtung die unbedingt zu beachten ist.

Warum wandert Wasser in Richtung der Druckgasflasche? Das CO2 ist hygroskopisch, dass heißt es möchte sich unbedingt im Wasser lösen. Durch diesen Umstand entsteht bei abgeschalteter CO2 zufuhr im Schlauch ein leichter Unterdruck. Das kann dazu führen das Aquarienwasser über den Schlauch bis in das Magnetventil wandert. Aus diesem Grund ist die Installation eines Rückschlagventils unbedingt nötig.

Blasenzähler

Vom Rückschlagventil geht es auch schon direkt zum nächsten Bauteil der CO2 Versorgungskette, dem Blasenzähler. Der Blasenzähler ist immer mit einer Flüssigkeit gefüllt, meist kommt hier destilliertes Wasser zum Einsatz. Der Blasenzähler besitzt zwei Anschlüsse, eine mit Steigrohr das bis ins Wasser reicht und eine die am Deckel endet. An dem Anschluss mit dem Steigrohr wird der Schlauch der von der Druckgasflasche kommt angeschlossen. 

Die Funktionsweise des Blasenzählers ist relativ einfach. Das ankommende CO2 fließt über das Steigrohr in die Flüssigkeit und steigt anschließend als Blasen nach oben Richtung Deckel. Die Anzahl an Blasen ist später noch wichtig. Am Deckel angekommen kann das Gas über den zweiten Stutzen im Deckel Richtung Aquarium bzw. Reaktor. 

Mit dem vorher erwähnten Nadelventil kann die Anzahl der Blasen präzise eingestellt werden. Für den Anfang sollte die Blasenzahl bei etwa 10 Blasen pro 100l Aquarium pro Minute eingestellt werden. Ein 400 Liter Becken hätte demnach 40 Blasen pro Minute. Das ist nur ein grober Anhaltspunkt und muss später bei Bedarf nachkorrigiert werden.

CO2 Reaktor

Dummerweise hat das CO2 einen gehörigen Nachteil, es besitzt eine recht langsame Reaktionszeit mit dem Wasser. Das heißt es benötigt viel Zeit um sich im Wasser zu lösen. Für eine möglichst gute Diffusion (Ausbreitung) des Gases im Wasser, haben sich zwei Möglichkeiten etabliert. Entweder man zerstäubt die Blasen so fein, das sie bevor sie die Wasseroberfläche erreichen aufgelöst haben oder man verlängert die Verweildauer im Wasser. In beiden Fällen benötigt man so einen CO2 Reaktor.

Veranschaulichung einer CO2 Anlage

Der Handel bietet eine fast unüberschaubare Anzahl an Reaktoren, einige davon habe ich hier vorgestellt. Im unteren Bild habe ich versucht die oben beschriebene Anleitung zu verdeutlichen.

1. Das Hochdruckgas strömt aus der Druckflasche (1)
2. in den Druckminderer (2) und wird dort auf einen deutlich niedrigeren Arbeitsdruck reduziert.
3. Am Nadelventil (3) wird der Arbeitsdruck weiter reduziert, so das nur noch einzelne Blasen austreten.
4. Weiter geht es in das Magnetventil (4) welches die Zufuhr des CO2 regelt (an/aus).
5. Das Rückschlagventil (5) verhindert ein zurücklaufen des Aquarienwassers und
6. mit dem Blasenzähler (6) lässt sich die eingestellte Blasenanzahl kontrollieren.
7. Zum Schluß versucht der Reaktor (7) das CO2 im Aquarienwasser zu lösen.

CO2 Gehalt ermitteln

Würde man die CO2 Anlage nach diesem Schema ins Aquarium einbringen, würde man mit Sicherheit zu wenig oder viel zu viel CO2 zugeben, aber auf keinen Fall die richtige Menge. Das CO2 im Wasser muss natürlich die richtige Dosierung haben, dafür muss dieser aber errechnet werden. Ein direktes Messen des CO2 Gehaltes ist aber leider nicht möglich.

Um den Gehalt auszurechnen muss man den KH und den PH Wert des Wasser wissen. Anhand einer Tabelle kann man den CO2 Gehalt ermitteln. 

Ist der errechnete CO2 Gehalt zu niedrig, muss die Blasenzahl erhöht werden. Ist der CO2 Gehalt zu hoch, muss man die Blasenzahl verringern. Da die Karbonathärte (KH) relativ konstant bleibt, muss diese nur am Anfang und vielleicht alle paar Wochen gemessen werden. Der PH Wert ändert sich aber mit der Menge an dem zugeführten CO2, deshalb muss dieser Dauerhaft kontrolliert werden. Das macht man mit einem PH Dauertest oder eleganter mit einem Steuergerät.

Messen mit einem PH-Dauertest:

Der PH-Dauertest befindet sich unter Wasser im Aquarium. In dieser befindet sich eine Indikator Flüssigkeit die durch ihrem Aufbau vom Aquariumwasser abgeschottet ist, ähnlich einer Tauchglocke. Das Aquariumwasser verdunstet und trifft auf die innen liegende Indikator Flüssigkeit. Diese Verändert dann je nach Säuregehalt des Wassers ihre Farbe. Das dauert aber mehrere Stunden und ist daher etwas ungenau. Somit kann man den PH-Wert nur zeitlich verzögert feststellen.

Das ist aber weniger tragisch als es sich anhört. Das System Aquarium reagiert träge und regelt man die CO2 Zufuhr nur in kleinen Schritten über einen längeren Zeitraum, kann auch nicht viel passieren und eine Überdosierung wird dadurch vermieden.

Messen mittels Steuergerät (CO2-Computer)

Die weitaus elegantere aber auch teurere Lösung ist die CO2 Zugabe mittels Steuergerät und PH-Sonde. Die PH-Sonde misst verzögerungsfrei den PH-Wert und sendet ihn stetig an das Steuergerät. Das Steuergerät empfängt die Daten und errechnet daraus den CO2 Gehalt.

An dem Steuergerät befindet sich eine Steckdose oder bei neueren Geräten ein Niedervolt-Stecker (siehe Test zum JBL m503), über diesen wird dann das Magnetventil mit Strom versorgt. Das Steuergerät übernimmt somit die Aufgabe der Zeitschaltuhr und gibt dem Magnetventil bei Bedarf Spannung oder eben nicht. Wird der gewünschte CO2 Wert unterschritten, gibt das Steuergerät Strom frei und das Magnetventil öffnet sich. Wird der CO2 Gehalt überschritten, schaltet das Steuergerät den Strom ab und das Magnetventil schließt. Durch dieses einfache Prinzip wird automatisch der eingestellte CO2 Wert gehalten.

Vorteile der elektronischen Steuerung

Die CO2 Zufuhr erfolgt automatisch und muss nicht weiter überwacht werden. 

Nachteile der elektronischen Steuerung

Neben des hohen Anschaffungspreises muss die PH Sonde etwa alle 1 -2  Monate kalibriert werden. 

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