Gebäudeschäden hervorgerufen durch Unwetter in Form von Stürmen oder gar Orkanen haben in der jüngeren Vergangenheit drastisch zugenommen. Besonders gefährdet sind in diesen Fällen Dacheindeckungen. Damit auch bei starken Stürmen jeder Ziegel an Ort und Stelle bleibt, können zur Vorsorge sogenannte Sturmklammern zur Dachziegelbefestigung verwendet werden. Das Höchenschwander Unternehmen Wurst Metalltechnik hat zusammen mit den Steinbeis-Transferzentren Innovation und Umsetzung sowie Verfahrensentwicklung eine effiziente und ohne Werkzeuge montierbare Sturmklammer entwickelt. Das Projekt wurde vom Land Baden-Württemberg im Rahmen der Innovationsgutscheine A und B gefördert.
Dächer werden in der Regel mit Dachpfannen oder Dachplatten eingedeckt, indem diese an in Abständen angeordneten Dachlatten eingehängt werden. Die Dachziegel werden dabei ausgerichtet nach ihrer positiv-negativ-Form überlappend zu einem Verbund verlegt, so dass sie eine geschlossene Abdeckung des Daches ergeben. Der Kraftschluss im Dachverband entsteht in der Regel durch das Eigengewicht der Dachpfannen oder Dachplatten.
Bei starken Winden, die Sturmstärke erreichen, reicht das Eigengewicht der Ziegel aber nicht aus, weil durch Windgeschwindigkeit und Windrichtung Abhebeeffekte entstehen können. Physikalisch gesehen wirkt ein Winddruck oder -sog. Letzterer entsteht auf der Leeseite des Dachfirstes. Um das Abheben der Dachpfannen und Dachplatten zu verhindern, werden Sturmklammern zwischen den Ziegeln und den Dachlatten angebracht. Das Funktionsprinzip ist bei allen Sturmsicherungen ähnlich: Die Dachziegel werden mit einem mechanischen Element an der Dachlatte befestigt. Bei der Art der Befestigung gibt es aber große Unterschiede, weil entweder Schrauben, Drähte, Laschen oder Klammern zum Einsatz kommen. Die Montage ist zum Teil recht umständlich. Dachdecker bevorzugen die Klammerversion, weil sich diese problemlos ohne Werkzeuge verlegen lässt, auch die Demontage ist einfach.
Die von Wurst Metalltechnik seit vielen Jahren hergestellte Sturmklammer erfüllte die anwendungstechnischen Anforderungen sehr gut, allerdings nicht die Versagenskriterien der Norm EN 14437, vor allem den erforderlichen Abhebewiderstand konnten die Klammern bisher nicht einhalten. Hier unterstützten die beiden Steinbeis-Unternehmer Georg Villinger und Prof. Karl Schekulin mit ihrer jahrelangen Expertise. Um das geometrische und physikalische Verhalten der Sturmklammer zu analysieren, entwickelten sie einen Laboraufbau im Maßstab 1:1. Die Sturmklammer entspricht im Wesentlichen in ihrer Form einer Klammerfeder, die zwischen Dachlatte und Ziegel angebracht wird. Schnell zeigte sich, dass die Federwirkung im Bereich des Verbindungssteges zwischen unterem und oberem Schenkel der Klammerfeder zu weich war. Die Versteifungssicken entlang der gesamten Kontur wurden um das Zweifache vertieft, um das Anderthalbfache verlängert und um 20% verbreitert. In den Versuchen erkannte das Steinbeis-Team auch, dass die Breite des Blechstreifens nur einen geringen Einfluss auf die Festigkeit hat, so dass die Blechstreifenbreite um 15% verringert wurde – das stellt wiederum eine bemerkenswerte Materialeinsparung bei der Produktion dar.
Eine entscheidende Eigenschaftsverbesserung erreichten Karl Schekulin und Georg Villinger durch die Änderung der Stahlsorte auf niedrig legierten Baustahl mit einer 0,2%-Dehngrenze von mindestens 320 N/ mm² und einer Zugfestigkeit von mindestens 390 N/mm². Durch den hohen Umformgrad im Bereich der Versteifungssicken ergab sich eine partielle Kaltverfestigung mit metallurgischem Gewinn für die Federwirkung. Der Laborversuch ergab, dass die Klammerkraft das bis zu 5-fache der Eigengewichtskraft der Dachpfanne überschritt. Für Wurst Metalltechnik bedeutet dies, dass die Versagenskriterien gemäß EN-Norm nun problemlos erfüllt werden.
Zur Verifizierung der Laborversuche für die Praxis entstand ein weiterer Prüfstand, mit dem für die unterschiedlichsten Dachpfannen eine Mustereindeckung im Maßstab 1:1 aufgebaut werden kann, um so den Abhebewiderstand gemäß der EN-Norm zu ermitteln. Der Prüfstand simuliert außerdem die Funktionsqualität verschiedener Eindeckungsmuster in Kombination mit den Verklammerungen, um die optimale Anordnung und Anzahl der Sturmklammern zu ermitteln.
Der Prüfstand wurde beispielhaft nach der Konzeptionsstrategie ILT (Intelligent Low Technology) aufgebaut: Alle Funktionen und Belastungszustände lassen sich mit einfachen mechanischen Elementen ohne jegliche Pneumatik, Hydraulik und Elektronik realisieren. So ist die Dachneigung mittels einer Zahnstangenwinde stufenlos einstellbar, die Dachlattenabstände können über Kulissensteine flexibel gewählt werden, die Zugkraft auf die Dachplatten wird mittels einer Seilwinde erzeugt, und als Besonderheit wird der Zugrahmen über Kugel- und Rollenlager exakt mit 90° gegenüber dem Zugmechanismus geführt, so dass keinerlei verfälschende Querkräfte eintreten. Wurst Metalltechnik ist sich nach dem gelungenen Projekt sicher – Einfachheit und hohe Qualität der gefundenen Lösung werden auf dem Markt überzeugen.
Prof. Karl Schekulin
Steinbeis-Transferzentrum Verfahrensentwicklung (Reutlingen)
karl.schekulin@stw.de
Georg Villinger
Steinbeis-Transferzentrum Innovation und Umsetzung (Höchenschwand)
georg.villinger@stw.de