Die alte Kaiser-Wilhelm-Gedächtniskirche, eingehüllt mit einem Gerüstschutz. Daneben der Neubau von Egon Eiermann.

Die Turmruine der Berliner Kaiser-Wilhelm-Gedächtnis-Kirche weist in ihrer Bausubstanz ein multiples Schadensbild auf. Seit ihrer Errichtung vor 116 Jahren wurden viele unterschiedliche Materialien verbaut. Heute zeigen die großflächige, äußere Tuffsteinschale und Bereiche des freiliegenden Ziegelmauerwerkes gravierende Schadensprozesse wie Abschalungen, Verwitterungen und Rissbildungen auf.

BAM-Experte Dr. Frank Weise von der Abteilung Bauwerkssicherheit leitet in enger Zusammenarbeit mit dem Projektleiter Dipl.-Ing. Raphael Abrell vom Büro für Architektur, Städtebau und Denkmalpflege (BASD Gerhard Schlotter Architekten) die bauwerksdiagnostischen Untersuchungen. Sie bilden zusammen mit der im Vorfeld erfolgten Material- und Schadenskartierung eine wesentliche Grundlage für ein tragfähiges Sanierungskonzept. Eine besondere Herausforderung bei der Sanierung ist die Ruinensituation des Baukörpers und die geforderte Bewahrung des Ruinencharakters.

Eine Hauptfrage bildet der Umgang mit den bei einer Sanierung in den 80iger Jahren mit Kieselsäureester gefestigten und hydrophobierten Tuffstein- und Ziegelflächen, die heute partielle Schadensbilder wie Abschalungen aufweisen. Die BAM wird die Tragfähigkeit möglicher Sanierungskonzepte experimentell untersuchen.

Kontakt:
Dr.-Ing. Frank Weise
Fachgruppe 7.1 Baustoffe, Arbeitsgruppe Bauwerksdiagnose, Transport- und Schädigungsprozesse
Telefon: +49 30 8104-1715, E-Mail: frank.weise@bam.de

Ultraschallprüfung von CFK-Lamellen im Labor

Wenn Betonbrücken altern oder deren Belastungen mit der Zeit gestiegen sind, können diese Bauwerke mit Kohlefaser-Verbundmaterialien verstärkt werden. Epoxydharz gebundene Kohlefaserplatten (CFK-Lamellen) werden dazu direkt auf die Betonoberfläche aufgeklebt. Dabei kann es passieren, dass der Verbund mit der eigentlichen Konstruktion nicht perfekt ist. Da man solche Fehler von außen nicht sieht, haben nicht alle Brückenbetreiber volles Vertrauen in diese neue Verstärkungsmethode.

Um diese Verbundstörungen zwischen Beton und der Lamelle sichtbar zu machen, haben Experten der BAM das Ultraschallverfahren weiterentwickelt. Sie haben dazu einen neuen Sensor konstruiert. Verglichen mit den bisher eingesetzten Ultraschall-Echoverfahren werden hier andere Wellenformen verwendet. Neu ist die Nutzung von akustischen Wellen, die nach Anregung durch Scherwellen (Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle) im Fehlstellenbereich umgewandelt und gemessen werden. Nur im Bereich von Verbundstörungen entsteht ein sehr deutliches und typisches Antwortsignal. Im Ergebnis werden Fehlstellen wie Hohlräume, Risse oder Ablösungen in ein sichtbares Bild umgewandelt. Somit kann das hier vorgestellte neue Verfahren die Frage beantworten, ob sich Beton und Kohlefaser fest genug verbinden, damit eine Brückenkonstruktion sicher verstärkt wird.

Das Verfahren funktioniert auch bei der Ablösung von Putzschichten oder Fliesen von nichtmetallischen Untergründen wie Mauerwerk oder Beton. Die Methode liefert schnell Ergebnisse und ist preisgünstiger als beispielsweise die aktive Thermografie, eine bislang gängige Methode für diese Untersuchungen.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Rosemarie Helmerich
Abteilung 8 Zerstörungsfreie Prüfung, Fachgruppe 8.2 Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren
Telefon: +49 30 8104-3272. E-Mail: rosemarie.helmerich@bam.de

Dipl.-Ing Boris Milmann
Abteilung 8 Zerstörungsfreie Prüfung, Fachgruppe 8.2 Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren
Telefon: +49 30 8104-3236. E-Mail: boris.milmann@bam.de

HOMAT-Tribometer II - Herr Reichelt (links) und Herr Mollenhauer (rechts) von der TETRA-Gesellschaft

HOMAT misst Reibung und Verschleiß hochbeanspruchter Bauelemente. HOMAT steht für Hochfrequent Oszillierende MaterialTests/MaterialTester und wurde von der BAM zusammen mit dem Projektpartner TETRA (TETRA Ilmenau – Gesellschaft für Sensorik, Robotik und Automation mbH) entwickelt und gebaut.

Derzeit gibt es keine tribologischen Prüfgeräte am Markt, die jenseits einer Schwingungsfrequenz von über 200 Hz eine solche Leistungsfülle bereitstellen wie der HOMAT. Die meisten Oszillationstribometer sind durch die ungewuchteten Massenkräfte auf ca. 30 bis 40 Hz begrenzt. Besonders die Elektro-, Kraftfahrzeug- und Turbinenbauindustrie ist an Geräten interessiert, die Frequenzen bis 1000 Hz und darüber generieren.

Mit HOMAT können nun Probenbewegungen in allen Frequenzbereichen durchstimmbar bis 1000 Hz stabil vorgegeben und die Messgrößen schnell und genau erfasst werden. Eine integrierte Analysemethode misst die reibungsinduzierten Vorgänge in Abhängigkeit von der Oszillationsfrequenz. Dadurch kann der Minimalverschleiß hochbeanspruchter Bauelemente bestimmt werden.

HOMAT bietet:

• mechanischen Aufbau mit Verformungen kleiner ±1 µm bei 100 N Last,
• Probenaufnahme für einen Komplettwechsel in weniger als 90 Sekunden mit
• integrierter Sensorik für Reib- und Normalkräfte für
• modulare Antriebe mit Frequenzen von 0,01 Hz bis >1.000 Hz mit
• integrierter Wegmessung für Amplituden von 10 mm bis <50 nm und
• integrierter Analysemethoden.

Mit dieser Entwicklung wird die Lücke zwischen den am Markt derzeit erhältlichen Tribometern und dem 40-kHz-Forschungstribometer der BAM überbrückt.

HOMAT wurde durch das Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie "Unterstützung kleiner und mittlerer Unternehmen bei der Umsetzung von Innovationen in den Bereichen Messen, Normen, Prüfen und Qualitätssicherung" (MNPQ-Transfer) finanziell gefördert. TETRA ist aktiv beteiligt und übernimmt den Technologietransfer.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Manuel Reichelt
Abteilung 6 Materialschutz und Oberflächentechnik, Fachgruppe 6.2 Rastersondenmikroskopie, Tribologie und Verschleißschutz
Telefon: +49 30 8104-3551, E-Mail: manuel.reichelt@bam.de

Bei der Energiediskussion stehen die Leitungsnetze mehr denn je im öffentlichen Fokus. In der Arbeitsgruppe Tragwerkszuverlässigkeit und Risikoabschätzung – wird seit Anfang 2011 ein Forschungsvorhaben zur Windbeanspruchung von Hochspannungsleitungen mit dem Akronym MOSYTRAF bearbeitet. „MOSYTRAF – Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungen unter Böenbeanspruchung“ wird von drei Übertragungsnetzbetreibern TenneT TSO GmbH, E.ON Netz GmbH und 50 Herz Transmission GmbH finanziert. Der Forschungspartner der BAM ist das Institut für Stahlbau der Technischen Universität Braunschweig.

Die Stahlgittermasten von Freileitungen werden durch Wind stark beansprucht. Besonders die unregelmäßigen Belastungen durch Böen erschweren die sichere wie auch wirtschaftliche Bemessung von weit gespannten Freileitungen sowohl beim Neubau als auch bei deren Ertüchtigungen.

MOSYTRAF untersucht die Windeinwirkungen durch eine weltweit einmalige Kombination aus Naturmessungen, Windkanalversuchen und numerischen Berechnungen. Die Ergebnisse sollen die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Freileitungen verbessern.

Beide Forschungspartner haben langjährige und umfassende Kenntnisse und Erfahrungen mit der Dauerüberwachung von Bauwerken und der Messung von in-situ Windbeanspruchungen an Strukturen. Diese werden hier genutzt für die Entwicklung und den bevorstehenden Betrieb eines Monitoringsystems an einer vorhandenen Freileitungstrasse südlich von Rostock. Das Ziel dabei ist, durch kontinuierliche Messungen zeitgleich die Verteilung der Wind- und Böengeschwindigkeiten entlang der Freileitungen und die daraus folgenden Reaktionen des Bauwerks zu erfassen.

Im Grenzschichtwindkanal des Instituts für Stahlbau werden zusätzlich verschiedene Windkanaluntersuchungen an Leiterseilen durchgeführt. Aus den Messdaten der Windkanaluntersuchungen und der Naturmessungen werden numerische Rechenmodelle erstellt, die das Tragverhalten bestmöglich beschreiben. Diese Rechenmodelle werden genutzt für die Entwicklung allgemeingültiger Bemessungsregeln für den Freileitungsbau. Damit sollen die Mastbeanspruchungen durch Windeinwirkung realistischer abgeschätzt werden können, als es bisher möglich ist.

Kontakt:
Dr.-Ing. Milad Mehdianpour
Fachgruppe 7.2 Ingenieurbau, Arbeitsgruppe Tragwerkszuverlässigkeit und Risikoabschätzung
Telefon: +49 30 8104-1722, E-Mail: milad.mehdianpour@bam.de

• Amts- und Mitteilungsblatt, Band 41, Ausgabe 2/2011 (PDF, 11 MB)
  ISSN 0340-7551
  
  Kontakt:
  Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
  Martina Scheil
  Schrifttum und Informationsmaterial
  Telefon: +49 30 8104-2039, E-Mail: martina.scheil@bam.de
  
  
• BAM Jahresbericht 2010 (PDF, 8,9 MB)
  
  Kontakt:
  BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
  Schrifttum und Informationsmaterial
  Martina Scheil
  Telefon: +49 30 8104-2039, E-Mail: martina.scheil@bam.de
  
  
• BAM-Dissertationsreihe, Band 70
  Dipl.-Geophys. Ernst Niederleithinger
  Optimierung und Erweiterung der Parallel-Seismik-Methode zur Bestimmung der Länge von Fundamentpfählen
  (Volltext, 5.8 MB, Abstract, PDF)
  2011, ISBN 978-3-9813853-5-9
  
  Kontakt:
  Dr. rer. nat. Ernst Niederleithinger
  Fachgruppe 8.2 Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren, Arbeitsgruppe Verfahren aus Geophysik, Geotechnik und Spektroskopie
  Telefon: +49 30 8104-1443, E-Mail: ernst.niederleithinger@bam.de
  
  
• BAM-Dissertationsreihe, Band 71
  Dipl.-Chem. David Siegel
  Chemical Solutions to Current Issues in the Instrumental Quantification of Food Mycotoxins
  (Volltext, 4.8 MB, Abstract, PDF)
  2011, ISBN 978-3-9813853-8-0
  
  Kontakt:
  Dr. rer. nat. David Siegel
  Abteilung 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien, Fachgruppe 1.2 Organisch-chemische Analytik; Referenzmaterialien
  Telefon: +49 30 8104-5889, E-Mail: david.siegel@bam.de
  
  
• BAM-Dissertationsreihe, Band 72
  Dipl.-Ing. Arne Kromm
  Umwandlungsverhalten und Eigenspannungen beim Schweißen neuartiger LTT-Zusatzwerkstoffe
  (Volltext, 7,3 MB, Abstract, PDF)
  2011, ISBN 978-3-9813853-9-7
  
  Kontakt:
  Dr.-Ing. Arne Kromm
  Abteilung 5 Werkstofftechnik
  Telefon: +49 30 8104-3695, E-Mail: arne.kromm@bam.de