Die Wirkung von Blitzstrom-Lichtbögen auf Bleche

Zur Ermittlung der Festigkeit von Blechen gegen das Durchlöchern infolge von Blitzstrom-Lichtbögen wurden zahlreiche Lichtbogen-Experimente durchgeführt und die thermischen Wirkungen mit FEM-Modellen simuliert.

Die Schmelzwirkung hängt sowohl von der Polarität, Stärke und Einwirkzeit des Blitzstromes als auch vom Werkstoff der Bleche und deren Dicke ab. Als Grenzkurven für die Festigkeit von Blechen gegen das Durchlöchern infolge von Langzeitstrom-Lichtbögen wurden die Ströme in Abhängigkeit von der Einwirkzeit bestimmt und für unterschiedliche Metalle (Aluminium, Blei, Kupfer, Stahl, verzinkter Stahl, Edelstahl, Zink), Blechstärken und Polaritäten in mehreren Diagrammen dargestellt.

Die von den Plasmajets der Stoßstrom-Lichtbögen hervorgerufenen axialen Kräfte auf den Fußpunkt wurden experimentell und rechnerisch bestimmt. Diese Kräfte können beim Einwirken auf ein von vorhergehenden Langzeitstrom-Lichtbögen geschmolzenes Materialvolumen die Festigkeit der Bleche gegen Durchlöchern erheblich reduzieren.

Die Fußpunktfläche von Stoßstrom-Lichtbögen wird durch dünne Wasserschichten auf dem Blech reduziert; dadurch steigen die Wärmestromdichte und der axiale Druck im Lichtbogenfußpunkt. Während Stoßstrom-Lichtbögen auf trockenen Oberflächen nur diffuse Fußpunkte mit oberflächigen Schmelzspuren hervorrufen, können sie auf nassen Blechen das Durchschmelzen und Durchlöchern dünner Bleche bewirken. Die kontrahierende Wirkung auf den Lichtbogenfußpunkt ist auch auf beschichteten und lackierten Blechen zu beobachten. Langzeitstrom-Lichtbögen können dünne lackierte Bleche deutlich schneller als blanke Bleche durchlöchern.

Aus den Ergebnissen der Arbeit ergibt sich die für den Blitzschutz wichtige Erkenntnis, dass bei natürlichen Entladungen nicht nur die Lichtbögen von Langzeitströmen, sondern insbesondere die von Langzeitströmen mit überlagerten und nachfolgenden Impulsströmen und auch die Lichtbögen stromstarker Erststoßströme zum Durchlöchern von Blechen am Auftreffpunkt führen können.

Abweichend von den bisherigen Angaben in den Normen werden Mindest-blechdicken vorgeschlagen, um das Durchlöchern zu vermeiden.