Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen Association des établissements cantonaux d assurance incendie HAGELREGISTER HSR VKF Prüfbestimmungen Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A 01.02.2014 / 00a-14de Version 1.02
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Copyright 2010 Bern by VKF / AEAI Die aktuellste Ausgabe dieses Dokumentes finden Sie im Internet unter www.hagelregister.ch Online zu beziehen unter www.hagelregister.ch Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen Bundesgasse 20 Postfach CH - 3001 Bern Tel 031 320 22 22 Fax 031 320 22 99 E-mail mail@vkf.ch Internet www.vkf.ch 2
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VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Inhaltsverzeichnis 0 Allgemeiner Teil A 5 0.1 Allgemeines 5 0.2 Hagelwiderstand 5 0.2.1 Allgemeines 5 0.2.2 Hagelwiderstandsklasse 6 0.2.3 Klassierung 7 0.3 Schadendefinition 7 0.3.1 Allgemeines 7 0.3.2 Bauteilfunktion 7 0.3.3 Schadenkriterium 7 0.3.4 Messmethode 8 0.4 Allgemeine Prüfbestimmungen 8 0.4.1 Alterung 8 0.4.2 Prüfprinzip 8 0.4.3 Prüfgerät 8 0.4.4 Probenhalter 9 0.4.5 Beschusswinkel 9 0.4.6 Beschussort 9 0.4.7 Projektil 10 0.4.8 Prüfklima 10 0.4.9 Abmessungen Probekörper 10 0.4.10 Anzahl Proben 10 0.4.11 Vorlagerung der Probe 10 0.4.12 Vorbehandlung der Probe 10 0.4.13 Projektilgeschwindigkeit 11 0.4.14 Versuchsdurchführung 11 0.5 Prüfung ohne Beschuss 13 0.6 Bauteile mit Nachweis gemäss EN-Normen 13 4
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 1 Allgemeiner Teil A 1.1 Allgemeines Die Prüfbestimmungen zur Ermittlung des Hagelwiderstandes bilden die Grundlage für eine einheitliche, produkteneutrale Prüfung und Klassierung von Bauteilen bezüglich ihres Hagelwiderstandes. Sie umfassen die allgemein gültigen Vorgaben zur Durchführung der Hagelwiderstandsprüfung (Teil A), verbindliche Hinweise zur Dokumentation der Prüfanordnung und der erreichten Resultate (Teil B) und ergänzende bauteilspezifische Bestimmungen. Die Norm SIA 261/1 (2003) verweist in Art. 6.2.4 auf das Schweizerische Hagelschutzregister der VKF. Im Hagelschutzregister werden für die eingetragenen Bauteile die in der Hagelwiderstandsprüfung erreichten Hagelwiderstandsklassen für alle in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen geforderten Bauteilfunktionen publiziert. Das Schweizerische Hagelschutzregister VKF soll dem Anwender die Auswahl eines geprüften und klassierten Produktes erleichtern. Es ist nach einer ähnlichen Systematik aufgebaut wie das Schweizerische Brandschutzregister VKF. 1.2 Hagelwiderstand 1.2.1 Allgemeines Für die Prüfung des Hagelwiderstandes werden Projektile aus klarem Eis mit einer Dichte von ca. 870 kg/m3 verwendet, die in Tiefkühlgeräten nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden können. Die Dichte des Eisprojektils entspricht der Herstellungspraxis im Labor. Sie stellt gegenüber natürlichem Hagel eine obere Grenze dar. Die Eisqualität muss durch die Prüfstellen in Ringversuchen periodisch nachgewiesen werden. Berechnung der kinetischen Energie: E H E H : m H : v A : mh v 2 2 A Energie des Hagelkorns [J] Masse des Hagelkorns [kg] Aufprallgeschwindigkeit [m/s] Die Form von Hagel in der Natur ist vielfältig; für die Prüfung wird jedoch grundsätzlich von einem kugelförmigen Hagelkorn ausgegangen. Berechnung der Masse des Hagelkorns: m H V H Eis d H 4 2 3 3 m H : Masse des Hagelkorns [kg] V H : Volumen des Hagelkorns [m 3 ] ρ Eis : Eisdichte 870 [kg/m 3 ] d H : Durchmesser des Hagelkorns [m] Eis 5
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Die Aufprallgeschwindigkeit nach SIA 261/1 (in SIA 261/1 Fallgeschwindigkeit genannt) ergibt sich aus dem Durchmesser des Hagelkornes, der Dichte des Eises und der Dichte der Luft, der Gravitationsbeschleunigung und dem Luftwiderstandsbeiwert: Berechnung der Aufprallgeschwindigkeit: v A 4 Eis d H g 3 c Luft w v A : Aufprallgeschwindigkeit [m/s] ρ Eis : Eisdichte 870 [kg/m 3 ] ρ Luft : Luftdichte 1.2 [kg/m 3 ] d H : Durchmesser des Hagelkorns [m] g: Gravitationsbeschleunigung 9.81 [m/s 2 ] c w : Luftwiderstandsbeiwert einer leicht rauen Kugel 0.50 [-] Die Parameter wurden bewusst so gewählt, dass im Vergleich zum natürlichen Hagel das Projektil eine höhere Geschwindigkeit aufweist. Damit wird sichergestellt, dass die in der Natur vorkommenden Hagelkörner mit grosser Wahrscheinlichkeit eine geringere kinetische Energie haben als jene in der Prüfung. 1.2.2 Hagelwiderstandsklasse Die Definition der Hagelwiderstandsklasse beruht auf dem Durchmesser eines Hagelkorns: Die Hagelwiderstandsklasse 1 (HW 1) wird definiert durch die kinetische Energie beim Aufprall eines Hagelkorns mit 10 mm Durchmesser Die Hagelwiderstandsklasse 2 (HW 2) wird definiert durch die kinetische Energie beim Aufprall eines Hagelkorns mit 20 mm Durchmesser Die Hagelwiderstandsklasse 3 (HW 3) wird definiert durch die kinetische Energie beim Aufprall eines Hagelkorns mit 30 mm Durchmesser Die Hagelwiderstandsklasse 4 (HW 4) wird definiert durch die kinetische Energie beim Aufprall eines Hagelkorns mit 40 mm Durchmesser Die Hagelwiderstandsklasse 5 (HW 5) wird definiert durch die kinetische Energie beim Aufprall eines Hagelkorns mit 50 mm Durchmesser Aus den oben beschriebenen Hagelkorngrössen von 10 bis 50 mm Durchmesser ergeben sich folgende Massen, Aufprallgeschwindigkeiten (Geschwindigkeit) und kinetische Energien (Klassengrenze) pro Hagelkorngrösse: Hagelwiderstand Durchmesser [mm] Masse [g] Geschwindigkeit [m/s] Rech. Aufprallenergie [J] HW 1 10 mm ± 2% 0.5 ±5% 13.8 ± 5% 0.04 HW 2 20 mm ± 2% 3.6 ± 5% 19.5 ± 5% 0.7 HW 3 30 mm ± 2% 12.3 ± 5% 23.9 ± 5% 3.5 HW 4 40 mm ± 2% 29.2 ± 5% 27.5 ± 5% 11.1 HW 5 50 mm ± 2% 56.9 ± 5% 30.8 ± 5% 27.0 Tabelle 1 Hagelwiderstandsklassen aufgrund der kinetischen Energie der Eiskugeln 6
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Das Bauteil wird in diejenige Hagelwiderstandsklasse eingeordnet, bei der es schadenfrei bleibt, dabei ist die Klassengrenze ausschlaggebend. Beispiel: Ein Bauteil mit Hagelwiderstandsklasse HW 3 bleibt beim Aufprall eines Hagelkorns von 30 mm Durchmesser schadenfrei 1.2.3 Klassierung Die Ergebnisse werden im Prüfbericht festgehalten und vom Hersteller an die VKF zur Freigabe für das Hagelregister übermittelt. Die für das einzelne Bauteil zu prüfenden Bauteilfunktionen und Schadenkriterien werden in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgelegt. Die Klassierung erfolgt differenziert für jede Bauteilfunktion. Grundsätzlich werden neue Materialien geprüft. Bei vielen Materialien verändert sich der Hagelwiderstand über die Nutzungsdauer (positiv oder negativ). 1.3 Schadendefinition 1.3.1 Allgemeines Bauteile haben oft mehrere Funktionen (z. B. Wasserdichtheit, Aussehen, Mechanik) zu erfüllen. Entsprechend vielfältig gestaltet sich die Definition des Schadeneintritts. Die einzelnen Bauteilfunktionen können bei ganz unterschiedlichen mechanischen Einwirkungen beeinträchtigt werden. Wann ein Bauteil als beschädigt gilt, muss für jede einzelne Bauteilfunktion festgelegt werden. Diese Schwelle wird mit dem Schadenkriterium bestimmt. 1.3.2 Bauteilfunktion Das Bauteil erfüllt eine oder mehrere Funktionen. Zum Beispiel soll das Bauteil wasserdicht sein (Bauteilfunktion Wasserdichtheit ) oder das Bauteil muss hohen ästhetischen Erwartungen entsprechen (Bauteilfunktion Aussehen ). Folgende Bauteilfunktionen werden in den Prüfbestimmungen berücksichtigt: Wasserdichtheit: Das Bauteil schützt vor dem Eindringen von Wasser Lichtdurchlässigkeit: Lichtabschirmung: Mechanik: Aussehen: Das Bauteil erlaubt die Lichttransmission Das Bauteil schützt vor Lichteinstrahlung Das Bauteil besitzt eine physikalisch-mechanische Funktion Das Bauteil hat eine ästhetische Funktion Zur Begrenzung des Prüfaufwandes beschränken sich die Prüfbestimmungen auf diese fünf wichtigsten Bauteilfunktionen. Weitere Funktionen - wie beispielsweise Selbstreinigung oder Lichtreflexion bei Verglasung - werden in diesen Prüfbestimmungen bewusst nicht berücksichtigt. Die Hagelwiderstandsprüfung muss alle in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen aufgeführten Bauteilfunktionen umfassen. 1.3.3 Schadenkriterium Die Grenze zwischen einem unbeschädigten und einem beschädigten Bauteil wird mit dem Schadenkriterium definiert. Das Schadenkriterium setzt die Schwelle fest, bei welcher im Falle eines Erreichens oder Überschreitens die Bauteilfunktion nicht mehr erfüllt werden kann und das Bauteil in Bezug auf diese Funktion als beschädigt gilt. Im Prüfbericht ist zu jeder in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgelegten Bauteilfunktion festzuhalten, ob das Bauteil bezüglich des Schadenkriteriums als unversehrt oder beschädigt gilt. 7
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 1.3.4 Messmethode Die Messmethode beschreibt den Weg, wie die Bauteilfunktion überprüft werden soll. Erfüllt das Bauteil mehrere Funktionen, werden entsprechend mehrere Messmethoden angewendet. 1.4 Allgemeine Prüfbestimmungen 1.4.1 Alterung Die Prüfbestimmungen gelten sowohl für Prüfungen an neuwertigen Produkten als auch für nachträgliche Prüfungen an älteren, bereits eingebauten Materialien. Bei Produkten, die einer schnellen Alterung unterworfen sind (insbesondere Kunststoffe und kunststoffhaltige Bauteile), wird dies im Schweizerischen Hagelschutzregister (HSR) festgehalten. Die Hersteller haben die Möglichkeit, eine Garantiedauer für den geprüften Hagelwiderstand anzugeben. 1.4.2 Prüfprinzip Das Prinzip der Prüfung beruht auf der Simulation der natürlichen Hageleinwirkung durch Einzelbeschuss von Bauteilen der Gebäudehülle mit im Labor hergestelltem Eis. 1.4.3 Prüfgerät Die Prüfung erfolgt im Labor. Das Prüfgerät beschleunigt das Projektil auf die gewünschte Geschwindigkeit. Die Beschussrichtung kann beliebig gewählt werden (horizontal, vertikal oder geneigt), der in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgelegte Beschusswinkel muss jedoch eingehalten werden. Der Beschussort wird anvisiert und der Beschuss erfolgt kontrolliert. Der Probekörper ist auf der Auflageebene entsprechend den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen fixiert (Abbildung 1, Abbildung 2). Abbildung 1 Prüfgerät zur Simulation des Hagelschlages mit horizontaler Beschussrichtung und Beschusswinkel 45 ± 2 (Masse in Meter) 8
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Abbildung 2 Prüfgerät zur Simulation des Hagelschlages mit horizontaler Beschussrichtung und Beschusswinkel 90 ± 2 (Masse in Meter) 1.4.4 Probenhalter Der Probenhalter dient zur Befestigung der Proben und ist auf das Prüfgerät (vertikale oder horizontale Schussrichtung) abgestimmt. Zur Einhaltung des vorgeschriebenen Beschusswinkels muss der Probenhalter anpassbar sein und der Winkel gemessen werden können. Der Probenhalter darf sich durch den Beschuss nicht verschieben und nicht verformen. Das Verhältnis des Probenhaltergewichtes zum Projektil muss insbesondere bei steifen Proben mit hohem Elastizitätsmodul sehr hoch sein (>1000). Bei der vertikalen Beschussanordnung kann die Probe (Anwendung Dach) auch direkt auf dem Boden abgestützt sein. Dabei ist zu achten, dass die Lasteinleitungsstellen der Probe mit den Verhältnissen der Praxis übereinstimmen. Schwingungsübertragungen zwischen Boden, Zielvorrichtung und Probenhalter müssen mit geeigneten Mitteln verhindert werden. Dynamische Wellenreflexionen in ungleichmässig gelagerten Tragplatten der Aufstandsfläche des Zielrahmens, (Entspricht Schwingungen welche von der Bodenkonstruktion herrühren auf der die Zielvorrichtung gelagert ist) müssen mit geeigneten Mitteln verhindert und von der Unterkonstruktion entkoppelt werden. Die Proben werden in der Regel mittels Zwingen und anderen Mitteln am Tragrahmen verschiebungsfrei und ohne Dämpfung starr befestigt. 1.4.5 Beschusswinkel Der Beschusswinkel ist definiert als Winkel zwischen Beschussrichtung und Auflageebene des Probekörpers (Abbildung 2). Der Beschusswinkel ist für Bauteile welche als Dachbauteil eingesetzt werden 90 ± 2, für Bauteile an der Fassade beträgt der Beschusswinkel 45 ± 2. 1.4.6 Beschussort Die Beschussorte werden in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgelegt und stellen die vermuteten Schwachpunkte am Bauteil dar, die so genannten kritischen Beschussorte. Diese werden im Sinne von Testversuchen beschossen, um den jeweils schwächsten Punkt des Bauteils zu ermitteln. An diesem wird die eigentliche Prüfung durchgeführt. Sind weitere, in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen nicht festgelegte Schwachstellen am Bauteil zu erwarten, müssen diese zusätzlich beschossen und im Prüfbericht in Wort und Bild festgehalten werden. 9
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 1.4.7 Projektil Als Projektile werden Kugeln und Sonderformen aus Laboreis verwendet. Sie werden in entsprechenden Formen (z.b. aus Silikongummi, einer Herstellung mittels Schmelverfahren) mit entsalztem Wasser hergestellt und bei -20 C gelagert. Für gültige Tests müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: Lagertemperatur: Tiefkühler bei -20 C ± 3 C Lagerungszeit: Dauer von Herstellung bis Beschuss mindestens 48 h, maximale Lagerzeit im Gefrierschrank 8 Wochen Form: Kugel (Normalfall) oder Sonderform Durchmesser: 10 bis 50 mm, gemäss Tabelle 1, ± 5 % Masse: 0.5 bis 56.9 g, gemäss Tabelle 1, ± 5% festgestellt mit Waage ( Ableseteilung 0.01 g) Aussehen: von Auge beurteilt ohne Risse und porenarm, Formnaht entgratet Bedingungen: Projektil muss bis Aufprall intakt bleiben Handling: nur mit isolierten Handschuhen Grundsätzlich sind Projektile mit einer Eistemperatur von -20 C ± 3 C zu verwenden. Ausnahmen werden in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen beschrieben. Werden in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen zusätzliche Beschüsse mit einem nicht runden Projektil gefordert, kann das Téton-Projektil gemäss Detailzeichnung in Anhang A eingesetzt werden. Die Masse des entsprechenden Téton-Projektils entspricht jener eines kugelförmigen Projektils mit gleichem Durchmesser. Die Projektile werden mit der Nase voran (halbkugelförmige Aus-stülpung) auf die Probe abgeschossen. Zusätzlich zum Beschuss mit dem gleichen Durchmesser ist das Bauteil auch mit dem nächst kleineren Téton-Projektil zu beschiessen. Wenn von diesem Projektil abgewichen wird, muss von der Prüfstelle nachgewiesen werden, dass das gewählte Projektil das gleiche Schadenbild verursacht. 1.4.8 Prüfklima Die Prüfung wird bei einer Raumtemperatur von 20 C ± 2 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% ± 20% durchgeführt. 1.4.9 Abmessungen Probekörper Die Abmessungen der Probekörper sind in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen vorgegeben; von diesen Grössen kann mit einer Begründung abgewichen werden. 1.4.10 Anzahl Proben Die Anzahl Probekörper ist in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen definiert. 1.4.11 Vorlagerung der Probe Die Vorlagerung der Probe ist in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgelegt und beschreibt die langfristige Lagerung der Probe vor der Prüfung. 1.4.12 Vorbehandlung der Probe Die Vorbehandlung der Probe ist in den bauteilspezifischen Prüfbestimmungen festgesetzt und regelt die Handhabung des Probekörpers unmittelbar vor der Prüfung. 10
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 1.4.13 Projektilgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit des Projektils wird mit einer elektronischen Messeinrichtung der Genauigkeit ± 1% in einem Abstand von 0.3 1 m zur Prüfobjektoberfläche (Objekt Mitte der Geschwindigkeits-Messstrecke) gemessen. Der Messwert muss elektronisch mindestens auf 2 Stellen gemessen werden. 1.4.14 Versuchsdurchführung Um die Probe auf einen bestimmten Hagelwiderstand zu testen, wird der Probekörper mit der kinetischen Energie der entsprechenden Hagelwiderstandsklasse beschossen (Abbildung 3). Die Versuchsdurchführung erfolgt jeweils für jede Bauteilfunktion einzeln. Damit der Energiewert der Klassengrenze auch sicher erreicht wird, empfiehlt es sich, den Beschuss mit einer leicht höheren Energie durchzuführen. Zu jedem Hagelwiderstand muss der passende Projektildurchmesser verwendet werden: Die Prüfung für die Hagelwiderstandsklasse 2 (HW 2) verlangt mindestens einen Durchmesser von 20 mm, für HW 3 von 30 mm Durchmesser, für HW 4 von 40 mm Durchmesser und für HW 5 von 50 mm Durchmesser. Wird die Probe durch den Beschuss mit einer bestimmten Kugelgrösse und der entsprechenden Geschwindigkeit beschädigt, wird ein neuer Probekörper mit der Kugelgrösse und der entsprechenden Geschwindigkeit der nächst tieferen Klassengrenze beschossen. Bleibt der Probekörper unbeschädigt, wird der Versuch auf mindestens 4 weitere Probekörper ausgeweitet (total mindestens 5 Proben). Bleiben die Proben nach dem Beschuss unbeschädigt, kann das Bauteil der entsprechenden Hagelwiderstandsklasse zugeordnet werden. Dabei muss beachtet werden: Das Projektil muss innerhalb von 60 Sekunden nach der Entnahme aus dem Vorratsbehälter abgeschossen werden Ein mehrmaliger Beschuss derselben Probe ist möglich, wenn dadurch die bauteilspezifischen Angaben zum Beschussort nicht verletzt werden Wird ein Bauteil beim Beschuss mit einem Projektil von 20 mm beschädigt, kann nach Ermessen des Prüfinstituts auf eine erneute Prüfung mit Projektildurchmesser 10 mm verzichtet und das Bauteil der Hagelwiderstandsklasse 1 (HW 1) zugeordnet werden. Vorausgesetzt wird, dass die Unversehrtheit des Bauteils auf Grund der markant geringeren kinetischen Energie (Klassengrenze) offensichtlich zu erwarten ist. Der Verzicht auf die Prüfung mit Projektildurchmesser 10 mm ist im Prüfbericht explizit festzuhalten und zu begründen. Bei inhomogen aufgebauten Baumaterialien kann ein Beschuss mit einem Projektil von kleinerem Durchmesser (i. d. R. 20 mm oder 30 mm) einen Schaden hervorrufen, wo ein Projektil mit grösserem Durchmesser keinen Schaden verursacht. Über die Durchführung zusätzlicher Versuche an den kritischen Stellen entscheidet das Prüfinstitut. Die schwächste Stelle muss mit fünf Schüssen überprüft werden. Die Ergebnisse sind im Prüfbericht festzuhalten. 11
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Abbildung 3 Schematischer Ablauf (links) und Beispiel (rechts) für die Versuchsdurchführung 12
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 1.5 Prüfung ohne Beschuss Falls nachweislich keine Änderungen in der Materialzusammensetzung, in der konstruktiven Ausbildung und im Einsatzzweck zu erwarten sind, kann auf eine erneute Prüfung des Hagelwiderstands verzichtet werden. Die VKF entscheidet nach Sichtung der eingereichten Unterlagen über die Möglichkeit eines Verzichts auf erneute Prüfung. 1.6 Bauteile mit Nachweis gemäss EN-Normen Falls Bauteile oder Bauteilkategorien bereits nach EN-Normen auf Ihren Hagelwiderstand geprüft wurden, wird auf eine erneute Prüfung verzichtet. Falls die Prüfungen mit Projektilen anderer Materialien oder Formen erfolgen, wird die Zuordnung zu den Hagelwiderstandsklassen HW 1 bis HW 5 anhand der in den Prüfbestimmungen angegebenen Umrechnungstabelle vorgenommen. Die Auflistung der Normen in den vorliegenden Prüfbestimmungen, nach welchen die Bauteile geprüft werden müssen, ist verbindlich. tzungen der Beschichtung überprüft. Das Vorkommen von Verletzungen wird vom blossen Auge im Abstand von 0.5 m überprüft. Im Zweifelsfalle wird die verletzte Stelle mit geeignet eingefärbtem Wasser während 30 s benetzt und visuell auf Rissbildung geprüft. Aussehen: Für die Funktion Aussehen wird das Holz bei Tages- oder künstlichem Licht ohne Blendwirkung im Abstand von 5 m auf Verletzungen überprüft. 13
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Anhang A Téton-Projektil 20 mm Téton-Projektil 30 mm Téton-Projektil 40 mm 14
VKF Prüfbestimmung Nr. 00a ALLGEMEINER TEIL A / Version 1.02 Téton-Projektil 550 mm 15