9.11. Ermittlung nutzbarer Stahlbetonbewehrung durch ein geeignetes Scanverfahren sowie Einbringung von Anschlussankern.

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1 Seite 1 von 7 Erdungsankern. Ausführung gemäß DIN EN (VDE : ), Kapitel E.4.3 Bauliche Anlagen aus Stahlbeton. Ermittlung nutzbarer Stahlbetonbewehrung durch ein geeignetes Scanverfahren sowie Einbringung von Anschlussankern. Das Verfahren stützt sich auf die Untersuchung der Professoren Dr. Ing. Alexander Kern und Dr. Ing. Jan Meppelink, Neue Möglichkeiten elektrischer Anschlüsse an die Bewehrung und Untersuchung der Wirkung von Blitzströmen in bewehrtem Beton. Ausgewählt wurde die Version Variante III: Hinterschneidanker Liebig Superplus BLS. 1. Ausführungsformen des Äußeren Blitzschutzes 1.1. Der isolierte Blitzschutz Beim isolierten Blitzschutz müssen Fangeinrichtungen und Ableitungen isoliert von der baulichen Anlage, d.h. von deren elektrischen und metallenen Einrichtungen, errichtet werden. Dabei muss der Trennungsabstand beachtet werden. Hierbei wird der gesamte Blitzstrom auf eine relativ kleine Anzahl von Ableitungen aufgeteilt. Als Folge ergeben sich hohe magnetische Felder im Inneren der baulichen Anlage, somit auch hohe induzierte Spannungen und Ströme an den elektrischen und elektronischen Systemen. 1.2 Der gebäudeintegrierte Blitzschutz Beim gebäudeintegrierten Blitzschutz wird der Blitzstrom gezielt in die Gebäudeschirmung geleitet. Neben Metallfassaden kommen hier besonders die Bewehrungen von Stahlbeton- und Stahlbetonstützen- Konstruktionen in Frage. Bei dieser Form der Ausführung wird der Blitzstrom in viele und somit sehr kleine Anteile aufgeteilt. Es ergeben sich relativ kleine magnetische Felder im Inneren der baulichen Anlage und somit relativ kleine induzierte Spannungen und Ströme an den elektrischen und elektronischen Systemen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Blitzschutz nicht nur aus Personenschutzgründen oder zum Schutz des Gebäudes erforderlich ist, sondern auch die Verfügbarkeit von elektrischen und elektronischen Systemen (z.b. Computersystemen, Funksystemen etc.) erhöht werden soll. Wenn die Gebäudeschirmung sehr enge Maschen hat, bestehen keine weiteren Anforderungen an den Trennungsabstand mehr. Es besteht keine Gefahr für Personen oder Einrichtungen innerhalb der baulichen Anlage. Gemäß [1] VDE : Kapitel 4.3 Durchgängigkeit der Stahlbewehrung in baulichen Anlagen aus Stahlbeton gilt die Stahlbewehrung in einer baulichen Anlage aus Stahlbeton unter der Voraussetzung, dass ein großer Teil der Verbindungen von senkrechten und waagerechten Stäben verschweißt oder auf andere Weise sicher verbunden ist, als elektrisch durchverbunden und Bild E.5 (in VDE : ) sollte die Verbindung mit äußeren Bauteilen des Blitzschutzsystems mit einem Bewehrungsstab hergestellt werden, der an der vorgesehenen Stelle aus dem Beton geführt wird, oder mit einem Verbindungsstab oder einer Erdungsplatte, die an den Bewehrungsstäben angeschweißt oder angeklemmt sind und aus dem Beton herausgeführt werden. 2. Die Anker-Methode Sie basiert auf der Nutzung der Bewehrung der Stahlbeton- und Stahlbetonstützen-Konstruktionen. Grundlage der Bewehrungsanschlüsse ist [2] der VDE Fachbericht 58 (2001). Die vorhandenen Antennentragsysteme werden sowohl an die Fangeinrichtungen auf dem Gebäudedach als auch an die Bewehrungen von Betondecken und wänden angeschlossen. Dadurch wird ein Teil des Blitzstromes in der Bewehrung nach unten geführt und über das tief ins Erdreich ragende Fundament der baulichen Anlage an die Erde abgegeben. Oft sind Antennentragsysteme mit einer Höhe von mehr als 10 m gar nicht oder nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand zu schützen. Durch mehrfache Anschlüsse des Antennentragsystems an das Fangleitungssystem und den umfassenden Potentialausgleich werden die Einkopplungen von Teilblitzströmen reduziert. Diese Methode ist technisch und wirtschaftlich sehr sinnvoll, um nachträglich die Aufteilung und Reduzierung von Blitzteilströmen zu erzielen und deren Auswirkungen auf technische und elektrische Einrichtungen zu minimieren oder zu vermeiden. Durch Verwendung von Erdungsankern können Teilblitzströme bis zu einem Scheitelwert von 50 ka 10/350 µs ohne Zerstörung in die Bewehrung eingeleitet werden. 2.1 Bezug zu der 2001 während der 4. VDE/ABB- Blitzschutztagung in Neu-Ulm veröffentlichten Studie der Professoren Kern und Meppelink Diese widmeten sich der Aufgabenstellung nachträglich Anschlüsse von außen an die Bewehrung herzustellen. Getestet wurden folgende Methoden: Variante 0: Gewindestange mit Metalldübel im Bohrloch Variante 1: Bolzenschweißen Variante 2: Bolzensetzen Variante 3: Hinterschneidanker Liebig Superplus BLS Variante 4: Einfach fixierter Festpunktriegel Variante 5: Hilti-Betonschraube HUS-H Dieser Beitrag wurde im Rahmen der VDE / ABB - Tagung am 24. bis publiziert

2 Seite 2 von 7 Die o.a. Methoden/Varianten wurden im Blitzschutzund EMV-Technologiezentrum (BET) in Menden durchgeführt. (Bild 02). Die Studie ergab folgendes Ergebnis: Die Prüflinge zeigen ein hervorragendes Stoßstromverhalten. Bei der Kontaktierung von Bewehrungsstäben mit 12 mm Durchmesser konnten mehrfach Stoßströme bis zu 50 ka Scheitelwert ohne Zerstörung bzw. Beeinträchtigungen des Anschlusses und ohne signifikante Erhöhungen des Übergangswiderstandes zur Bewehrung eingespeist werden. Erst bei einer Stoßstrombelastung mit ca. 100 ka Scheitelwert trat eine deutliche Erhöhung des Übergangswiderstandes auf. Die geprüften Anschlussvarianten eignen sich demzufolge insbesondere zur Ertüchtigung des Blitzschutzsystems von existierenden Gebäuden. Dies gilt für die Verbesserung des Blitzschutz-Potentialausgleiches von metallenen Einrichtungen, wie Elektronik-Schränken, Kabeltrag-Konstruktionen, Rohrleitungen, ebenso wie für die Verbesserung der elektromagnetischen Schirmwirkung von Stahlbetonbauten. Im Folgenden wird Variante 3 Hinterschneidanker Liebig Superplus BLS beschrieben. Bei dieser Methode wird ein Dübel des Typs Superplus BLS 14/40/15 mit Sechskantschraube der Firma Liebig verwendet. Es handelt sich dabei um eine Gewindestange mit integriertem Dübel (Bild 01). Bild 02: Geeignete Stelle Die ausgewählte Stelle wird gereinigt und ein Raster aufgeklebt. Es gibt vorbereitete Referenzraster verschiedener Hersteller (Maße z.b.= 60 x 60 cm), (Bild 03). Bild 01: Anker Beim Festziehen der Gewindestange bildet sich selbsttätig ein Hinterschnitt im Beton aus. Der Vorderteil des Dübels wird dadurch fest und dauerhaft im Beton verankert. Die Gewindestange wird mit einem definierten Drehmoment (ca. 15 Nm) festgezogen. 3. Das Verfahren Geeignet ist eine Stelle, die möglichst frei zugängig ist und in deren unmittelbarer Nähe keine elektrotechnischen Installationen oder Leitungen anderer Art vorhanden sind. Vorausgesetzt wird eine Stahlbetonwand

3 Seite 3 von 7 Bild 05: Scanvorgang Bild 03: Referenzraster Die Fläche des Referenzrasters wird einmal vertikal und einmal horizontal gescannt. Der Scanner muss an den markierten Stellen richtig anliegen (Bilder 04-06). Bild 06: Scanvorgang Das Gerät meldet, dass Daten erfasst wurden und speichert diese auf einer SD-Speicherkarte. Die gescannten Daten werden vom Scangerät an die Auswerteeinheit übergeben (Bilder 07 und 08). Bild 04: Scangerät Bild 07: Datenübertragung

4 Seite 4 von 7 Bild 08: Datenübertragung Die Auswerteeinheit zeigt Stellen an, die sich für das Anbringen des Ankers eignen können. Der Mindestdurchmesser der Bewehrungsstäbe sollte 8-10 mm sein. Die Koordinaten der Stelle werden im Raster eingezeichnet (Bilder 09 und 10). Bild 11: Loch bohren Bild 09: Koordinaten einzeichnen Bild 10: Koordinaten einzeichnen Das Loch zur Anbringung des Ankers wird gebohrt und gereinigt (Bilder 11-13). Bild 12: Loch reinigen durch bürsten

5 Seite 5 von 7 Bild 13: Loch reinigen mittels Luftpumpe Eine Hilfsmessung zwischen dem nun zugänglichen Bewehrungseisen und einem örtlichen Potentialausgleich dient dazu, zu beurteilen, ob die Stelle tatsächlich geeignet ist. Ergibt sich ein Messwert deutlich kleiner 1 Ohm kann diese Stelle geeignet sein. Bei deutlich höheren Messwerten sollte man diese Stelle nicht nutzen und das Loch wieder verschließen. Bild 15: Anbringen des Ankers mit Drehmomentschlüssel Der Anker wird montiert, indem er wie ein Dübel in das Loch eingesetzt wird. Mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels (ca. 15 Nm) wird er befestigt (Bilder 14 16). Bild 16: Anker an Wand Bild 14: Drehmomentschlüssel Eine weitere Hilfsmessung (s.o.) wird durchgeführt.

6 Seite 6 von 7 Die Öffnung um den Anker herum wird abgedichtet und somit sauber verschlossen (Bild 17). Gemäß VDE Fachbericht 58 (2001) müssen die Bewehrungsanschlüsse mit einer regelbaren Gleichstromquelle gemessen werden. Diese Gleichstromquelle muss die Anforderungen der Normen EN 55022, EN , EN , EN und EN erfüllen. Für die Messung muss ein kontinuierlicher Gleichstrom von 10 A eingestellt werden. Die Messung umfasst drei Teilmessungen: 1. Messung der Bewehrungsanschlüsse untereinander 2. Messung zum Bewehrungsanschluss in der Nähe der Erdungsanlage 3. Messung vom Bewehrungsanschluss zur Erdungsanlage Bei größeren Entfernungen der Messstellen zueinander muss ein ausreichender Leiterquerschnitt (mind. 4 mm²) eingehalten werden. Der gemessene Widerstandswert ergibt sich aus RDC = UDC/ IDC Bild 17: Abdichten der Öffnung Der Anker wird mit einem Nummernschild markiert und in einer Revisionszeichnung festgehalten. Die Messwerte werden dokumentiert und Fotos der Montage werden zur Dokumentation hinzugefügt (Bild 18). Die Messungen müssen von befähigten Personen gemäß TRBS 1201 und DIN VDE (01-09) durchgeführt werden. Das Messgerät muss gemäß BGV A3 kalibriert sein (Bild 19). Bild 19: Durchführung der Messung Bild 18: Nummerierte Stelle

7 Seite 7 von 7 Erdungsankern. Ausführung gemäß DIN EN (VDE : ), Kapitel E.4.3 Bauliche Anlagen aus Stahlbeton. 4. Fazit Erfahrungen haben gezeigt, dass es sich um ein gut durchführ- und kontrollierbares Verfahren handelt. Wichtig sind durchgängige Stahlbetonsysteme und ein geeigneter Platz. Der Aufwand des hier gezeigten Verfahrens ist gegenüber dem Aufwand lange Ableitungen mit Hebebühnen, schwer zugängigen Bereichen, Straßensperrungen etc. nachzurüsten, vertretbar und wirtschaftlich. 5. Literatur [1] VDE : Kapitel 4.3 [2] VDE Fachbericht 58 (2001) [3] Neue Möglichkeiten elektrischer Anschlüsse an die Bewehrung und Untersuchung der Wirkung von Blitzströmen in bewehrtem Beton, Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern und Prof. Dr.-Ing. Jan Meppelink, 2001 [4] TRBS 1201 [5] DIN VDE (01-09) [6] BGV A3