DE102015002033A1

DE102015002033A1 - Einrichtung für den Einsatz in Gebäuden; vorzugsweise in Kellerräumen. Die Einrichtung wird als "Osmotische Barriere" bezeichnet und dient dazu, das Eindringen von Feutchtigkeit aus dem Erdreich in das Mauerwerk zu verhindern oder zu reduzieren.

Info

Publication number: DE102015002033A1
Application number: DE102015002033.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-09-01

Abstract

Die Einrichtung ist eine elektrische Installationseinrichtung, bestehend aus einer Erdungsanlage (Tiefenerder oder Ringerder) und einer Wandler-Gleichrichterschaltung, mit der die zwischen dem Potentialausgleich eines Gebäudes und dem das Gebäude umgebende Erdreich vorhandenen Potentiale in der Weise umgeformt und gleichgerichtet werden, dass die Bewegung von Feuchtigkeitsmolekülen in Mauerwerken oder Wänden in der vorhandenen Richtung unterbrochen und in die umgekehrte Richtung gewendet wird. Die Barriere versorgt sich energetisch aus dem vorhandenen Potential zwischen dem Potentialausgleich des Gebäudes (PE) und dem Erdreich und benötigt kein Fremdpotential.

Description

1. Feuchtes Mauerwerk in Kellerräumen
Betrachtung einer möglichen Ursache und deren Behebung
1.1 Vorbemerkungen zum allgemeinen Verständnis
Viele Häuser, die in der ersten Hälfte bis in die siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts gebaut wurden, haben sehr oft feuchtes Mauerwerk in den Kellerräumen. Ausblühungen an den Wänden (sogenannte Salpeterbildung), Ablösung des Putzes, Schimmelbildung und ein muffiges Rauklima sind die Folge der Wanddurchfeuchtung.
Sofern hoher Grundwasserstand, drückendes Wasser oder Ansammlung von Oberflächenwasser die Ursache hierfür sind, können nur rein bauliche Sanierungsmaßnahmen helfen.
Das sind teilweise sehr aufwändige, mit hohen Kosten verbundene Maßnahmen auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. Wird das Mauerwerk jedoch nur von der allgemein im Boden vorhandenen Erdfeuchte durchdrungen, können einfacher zu realisierende Sanierungsmaßnahmen zum Erfolg führen. Zum Verständnis und zur Erläuterung dieser Maßnahmen ist es unerlässlich, sich mit den hierfür ursächlichen physikalischen Vorgängen auseinander zusetzen. Eine Ursache für das Verhalten von Feuchtigkeit im Mauerwerk wurde bereits 1806 von dem schwäbischen Professor F. F. Reuss erkannt. Demnach bewegen sich Wassermoleküle in einem Gleichspannungsfeld auch gegen die Schwerkraft zum negativen Pol. Ursache dieser Kraft ist ein natürliches Potential, das sogenannte Zeta-Potential. Das Vorhandensein dieses Potentials, dessen Spannung im unteren, zweistelligem Millivolt-Bereich liegt, beruht auf komplexen elektrophysikalischen Vorgängen. Die Innenseiten der Kellerwände sind demnach die negativ gepolte Seite. Die Wassermoleküle bewegen sich nach innen. Auf dem Weg dorthin werden Salze und Mineralien im Mauerwerk gelöst und mit den Wassermolekülen nach innen transportiert. Auf der Oberseite der Kellerwand verdunstet das Wasser und die Salze und Mineralien setzen sich kristallin ab.
Die Existenz des Zeta-Potentials und die damit verbundenen Auswirkungen sind heute in der Bauphysik weitgehend anerkannt.
Die vorhergehend beschriebene Erkenntnis führt zu der Schlussfolgerung, dass durch Unterdrückung oder Aufheben des vorhandenen, natürlichen Potentials, oder durch eine Potential-Gegensteuerung, Möglichkeiten gegeben sind, dem Transport von Wassermolekülen im Mauerwerk entgegenzuwirken und dieses damit zu entfeuchten. In der Praxis werden zwei Verfahrensgruppen mit mehr oder weniger Erfolg eingesetzt. Hierbei handelt es sich um:
1.2 Passive Elektroosmose
An Außen- und Innenwänden werden leitfähige Elemente im Mauerwerk angebracht und leitfähig miteinander verbunden. Das Zeta-Potential wird dadurch quasi kurzgeschlossen und kann sich nicht mehr auswirken.
Bereits vor über hundert Jahren wurden Lösungen und Erfolge mit dieser Methode erzielt. Man kannte damals jedoch noch keine korrosionsfesten Materialen und dementsprechend war die Funktionsdauer der Systeme nicht von langer Dauer. Auch wurde der Sinn derartiger Installationen oft von nachfolgenden Betreibern nicht erkannt und die Einrichtungen wurden aus Unkenntnis zerstört.
1.3 Aktive Elektroosmose mittels Gleichstrom-Gegensteuerung
Über Elektroden im Mauerwerk und in der Erde wird Gleichstrom mit niedrigen Spannungen und Strömen im mA-Bereich in Gegenpolarität zum Zeta-Potetial eingebracht und soll somit die Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk nach außen „herausdrücken”. Dieses Verfahren wird heute besonders bei der Sanierung historischer Bausubstanz eingesetzt und setzt in der Anwendung ein hohes Maß an Erkenntnis und Erfahrung voraus.
1.4 Aktive Elektroosmose mittels sogenannter Funkwellen
Elektronische Geräte, die allgemein respektlos als „Funkkästen” bezeichnet werden, geben über darin enthaltene Antennen sogenannte Funkwellen in den Raum ab. Diese Funkwellen sollen nicht näher spezifizierte Strom- bzw. Magnetwirbel im Mauerwerk auslösen, die dann bewirken, dass auch hierdurch die Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk „herausgedrückt” wird.
1.5 Wie sind elektroosmotische Trocknungsverfahren erfolgsmäßig einzuordnen?
Baufachleute stehen der Mauerentfeuchtung mittels Elektroosmose, wie unter Punkt 1.1 und 1.2 beschrieben, aus den verschiedensten Gründen, sehr oft skeptisch gegenüber.
Es ist jedoch unbestritten, dass diese Verfahren, wenn sie von erfahrenen Fachleuten und Fachfirmen ausgeführt werden, eindeutig zu den angesagten Erfolgen führen.
Fachleute betrachten die Verfahren mit den sogenannten „Funkkästen” mit großer Skepsis. Es gibt heute leider eine große Anzahl von Anbietern, die mit großen Versprechen und viel Werbeaufwand, versuchen, Systeme dieser Art zu verkaufen und einzusetzen. Bisher ist keiner der Anbieter in der Lage, Funktion und Wirkungsweise der Geräte nachvollziehbar zu erklären.
1.6 Aufbau eines Stromversorgungsnetzes
Der prinzipielle Aufbau eines heute von den Elektroversorgungsunternehmen betriebenen Niederspannungs-Versorgungsnetzes wird im Bild 1 dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes TN-C Netz, wie es von praktisch allen Netzbetreibern historisch bedingt aufgebaut wurde und auch noch heute in der Form zwangsläufig unterhalten und erweitert wird.
Kennzeichnend für diese Netzform ist die vieradrige Verkabelung von der Niederspannungs-Einspeisung, also von der Trafostation bis zum Gebäude-Hausanschluss. (In neueren Versorgungsnetzen werden heute 5-polige Kabel vom Netzverteiler bis zum Hausanschluss verwendet.)
Die vier Leiter des Systems teilen sich auf in die drei Phasen L1, L2 und L3 mit dem gemeinsamen Rückleiter, dem PEN. (Die Spannung zwischen den Phasen beträgt 400 V, zwischen den Phasen und PEN 230 Volt). Der Sternpunkt des Versorgungstrafos wird grundsätzlich niederohmig geerdet.
Ab dem Hausanschluss teilt sich im Gebäude der PEN auf in den belastbaren N (Nulleiter) und dem im gesamten Gebäude separat geführten PE (Schutzleiter). Dieses wird durch eine entsprechende Überbrückungsklemme (PEN-Brücke) in dem Hausanschluss-Sicherungsverteiler (HAS) erreicht.
1.7 Potentialausgleich und Erdung in Gebäuden
Nach DIN VDE 0100-410 müssen alle Gebäude mit einem Schutz-Potentialausgleich ausgestattet werden. Der zentrale Punkt ist die Potential-Ausgleichsschiene (PAS) an die alle leitenden Installationen und Rohre, wie Kaltwasser, Warmwasser, Heizung, Gas und leitfähige Teile von Gebäudekonstruktionen, sofern im üblichen Gebrauchszustand berührbar, mit Potentialausgleichsleitungen (mindestens 6 qmm Cu) angeschlossen und somit untereinander verbunden werden. Die Verbindungsklemme zwischen PE und N im Hausanschlusskasten und die Anschlussfahnen des nach DIN 18014 heute vorgeschriebenen Fundamenterders werden ebenfalls an die PAS angeschlossen. Alle in der Form miteinander verbundenen Teile und somit das gesamte Gebäude, werden durch diese Maßnahme auf ein einheitliches Erdpotential gelegt.
Bevor die Installation von Fundamenterdern bei der Errichtung von Gebäuden bindende Vorschrift wurde, erfolgte die Erdung der Gebäude an der Potentialausgleichsschiene im Regelfall über die metallene Leitung der Wasserversorgung. Im Bild 1 (Stromversorgung eines Wohnhauses mit TN-C-Netz) ist kein Fundamenterder vorhanden. Da die überwiegend in Altbauten ohne Fundamenterder vorhandene Problematik betrachtet werden soll, wird die seit 1973 nicht mehr zulässige und zwischenzeitlich meist auch nicht mehr vorhandene Erdung über die Wasserversorgung in Augenschein genommen.
1.8 Potential zwischen Potentialausgleich und Erde
Bei einphasiger oder stark unsymmetrischer Belastung des Stromnetzes im Haus fließt der Verbraucherstrom I_V über den N-Leiter zurück zur Stromquelle, dem Versorgungstrafo des EVU. Der Spannungsabfall auf dem „Strom-Rückweg” zum Trafo hat zur Folge, dass sich ein Potential U_PEN zwischen der Potentialausgleichsschiene PAS und dem Erdpotential ausbildet. Die Höhe dieses Wechselspannungspotentials ist abhängig von den Widerständen der Kabelverbindung zum Trafo einschließlich der Übergangswiderstände der dazwischen liegenden Verbindungen.
Da mittlerweile die metallenen Rohre der Wasserversorgung fast überall erneuert und gegen Kunststoffrohre ausgetauscht wurden, besteht über diese keine Erdverbindung mehr und ein Ableitstrom I_E kann über diesen Zweig nicht mehr fließen.
Wie in Bild 1 dargestellt, kann die Spannung U_PEN mit einem Spannungsmesser zwischen der Potentialausgleichsschiene PAS und einem Messerder- z. B. einem Staberder- gemessen werden. In einem Einfamilienhaus aus dem Baujahr 1969 mit Wasser-Hausanschluss aus Kunststoffrohr, ergaben entsprechende Messungen Spannungen mit Effektivwerten von 0,15 bis 1,0 Volt. Je nach Verbrauchssituation im Haus schwankten die Werte im Tagesverlauf stark und unablässig. Ursache für die unterschiedlich hohen Effektivwerte sind unsymmetrische Belastungen im Hausnetz und im Versorgungsnetz.
Zur Ermittlung der Maximalwerte wurden die Spannungen mit einem Oszillographen gemessen. Darin zeigt sich die Spannung U_PEN als sinusförmige 50 Hertz Wechselspannung, die durch verschiedene Oberschwingungen verzerrt ist. Die Spitzenwerte (U_PENmax) lagen im positiven und im negativen Bereich bei ca. 1,5 Volt. Weiterhin war festzustellen, dass der Spannungsverlauf nicht immer symmetrisch zur Nulllinie verläuft. Zeitweise war der Sinusverlauf in den negativen Bereich, zeitweise in den positiven Bereich verschoben. Ursache hierfür werden sich ändernde Belastungszustände im Haus- oder Versorgungsnetz sein.
Wie hoch auch immer der Momentanwert der Wechselspannung U_PEN ist; das eingangs erwähnte Zeta-Potential, nennen wir es U_Z, überlagert sich dieser Spannung in der Wirkung auf das Mauerwerk. Die tatsächlich wirksame Spannung, die sogenannte resultierende Spannung, beträgt in der einen Halbwelle bei gleich gerichtetem Potential (Hausseite negativ – Erdreich positiv) U_PEN plus U_Z. Diese Halbwelle zieht Feuchtigkeit in das Haus und sei deswegen – salopp bezeichnet – die „schlechte Halbwelle” genannt.
In der darauf folgenden Halbwelle von U_PEN mit entgegen gerichtetem Potential beträgt die wirksame Spannung U_PEN minus U_Z (Hausseite positiv – Erdreich negativ) und drückt die Feuchtigkeit in Richtung Erdreich. Deswegen wird diese Halbwelle in der weiteren Betrachtung als die „gute Halbwelle” bezeichnet.
Die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Halbwellen beträgt absolut gesehen somit mindestens 2 × U_Z. Bei gleich großen Halbwellen, würde die molekulare Beeinflussung der ersten Halbwelle im Mauerwerk von der darauf folgenden aufgehoben werden. Da aber die in das Mauerwerk gerichtete Halbwelle um 2 × U_Z größer ist als die vorhergehende, überwiegt diese eindeutig in Richtung und Wirkung.
(Bild 2, Zusammenwirken der Potentiale U_PEN und U_Z)
1. Schlussfolgerung:
Das Zusammenwirken von U_PEN und U_Z in gleicher Richtung (schlechte Halbwelle) verstärkt den Transport von Feuchtigkeit in das Mauerwerk und die damit verbundenen Folgeerscheinungen!
Bei entgegen gesetzter Richtung von U_PEN (gute Halbwelle) wird der Transport von Feuchtigkeit in Richtung Erdreich gelenkt und wirkt hemmend auf diesen. Die Feuchtigkeit kann in der ursprünglichen Weise nicht mehr in das Mauerwerk eindringen!
1.9 Auswirkungen in der Praxis
Trockenes Mauerwerk kann aus elektrischer Sicht als Nichtleiter betrachtet werden. Durch Feuchtigkeit im Mauerwerk werden Mineralien gelöst wodurch dieses zusammen mit der Feuchtigkeit mehr oder weniger leitend wird.
Wenn Rohrleitungen und metallene Gegenstände, die in den Potentialausgleich einbezogen sind, mit dem Mauerwerk in Verbindung stehen, hat dieses bei trockenem Mauerwerk keine Folgen. Anders verhält es sich, wenn Rohrleitungen oder Ähnliches, feuchte Übergänge zum Mauerwerk aufweisen. Die Feuchtigkeit dringt in das Mauermaterial ein und hat zur Folge, dass der ursprüngliche Nichtleiter sein Verhalten ändert und mehr oder weniger leitend wird. Der Transport der Wassermoleküle wird durch das Potential U_PEN allmählich angestoßen und löst letztlich eine Art Kettenreaktion aus. Die Mauer wird endgültig feucht, wenn dieser Prozess nicht unterbunden wird.
Einer der großen Verursacher für die vorhergehend beschrieben Reaktion sind die Kaltwasserleitungen im Gebäude, die aufgrund großer Temperaturunterschiede zwischen Rohr und umgebenden Medium zu schwitzen anfangen und Feuchtigkeit an die Umgebung weitergeben. Besonders in den Sommermonaten ist dieses zu beobachten.
In diesem Zusammenhang ist aufgefallen, dass in den betrachteten Häusern die Spuren der Feuchtigkeit an den Wänden am stärksten auftreten, an denen sich die Hausanschlüsse für Kaltwasser, Strom und die Potentialausgleichsschiene befinden. Besonders der Bereich um den Verbrauchszähler für Wasser (Wasseruhr) zeigt sehr oft Ausblühungen. Über den Überbrückungsbügel des Wasserzählers, der meistens aus verzinktem Material oder Edelstahl besteht, wird ein guter Übergang zum Mauerwerk hergestellt. Der Bügel ist genau so feucht wie das schwitzende Rohr und dient als Brücke für den Transport von Feuchtigkeit. Außerdem wirkt er für die Spannung U_PEN wie eine Art Elektrode für die elektrische Verbindung zum Mauerwerk. Es ist zu beobachten, dass an dieser Stelle sehr oft die Folgen der Mauerfeuchte an stärksten sichtbar werden, wenn nicht sogar ihren Beginn haben.
In dem hier betrachteten Fall nahmen die Ausblühungen besonders stark und innerhalb weniger Wochen sichtbar zu, nachdem das Rohr der Wasserversorgung von dem zuständigen Versorgungsunternehmen von Metallausführung gegen ein Kunststoffrohr getauscht wurde. Die Feststellung dieser Tatsache war letztlich der Ausgangspunkt für die in dieser Ausarbeitung angestellten Überlegungen.
1.10 Erhöhung von U_PEN beim Wegfall der Erdung über die Wasserversorgung
Aufgrund der großen Ausdehnung und der damit verbundenen großen Übergangsfläche zum Erdreich stellten die Wasserversorgungsnetze Erdungen mit sehr niedrigen Erdübergangswiderständen dar, die durchaus Widerstandswerte in der Größenordnung der Erdungswiderstände des Versorgungstrafos erreichten.
Rein elektrisch gesehen ist der Erdungswiderstand der Wasserversorgung einen Parallelwiderstand zu dem Widerstand des Stromweges im Versorgungsnetz. Entsprechend den Parallelwiderständen teilt sich der Strom I_V an der PEN-Brücke in der Hausanschlusssicherung in die Teilströme I_PEN und I_E auf.
Bei zwei parallel geschalteten Widerständen berechnet sich der Gesamtwiderstand nach der Gleichung R_GES = (R_PEN × R_E):(R_PEN + R_E)
Unter der Annahme R_PEN = 0,3 Ohm; R_E = 0,6 Ohm ergibt sich für R_GES = 0,2 Ohm Sobald die Wasserleitung als Erdung wegfällt, bleibt nur noch R_PEN mit 0,3 Ohm wirksam und der Strom I_V verursacht einen um 50% höheren Spannungsabfall, d. h. U_PEN wird um 50% höher.
Geht man davon aus, dass R_PEN und R_E annähernd gleich groß sind, dann würde der verbleibende R_PEN bei Wegfall der Wasserleitung von 0,15 Ohm in der Parallelschaltung auf 0,3 Ohm wirksam. Das Potential U_PEN würde sich um 100% erhöhen.
2. Schlussfolgerung
Sobald die metallene Wasserleitung des Versorgungsnetzes nicht mehr mit dem Potentialausgleich verbunden ist erhöht sich U_PEN und kann zusammen mit dem Zeta-Potential U_Z zu verstärktem Einfluss auf Feuchtigkeit im Mauerwerk führen.
1.11 Behebung von Ursache und Auswirkung, „Osmotische Barriere”
Feuchtes Mauerwerk in Kellerräumen hat meistens nicht nur eine Ursache. Deswegen lassen sich die Auswirkungen auch meistens nicht mit einer Maßnahme verringern oder gar beheben. Vorsicht ist geboten, wenn Anbieter osmotischer Entfeuchtungssysteme versprechen, die Wände vollkommen trocken zu legen. Im Regelfall wird es nicht möglich sein, Kellerräume in behagliche Wohnräume umzufunktionieren.
3. Schlussfolgerung
Wenn man davon ausgeht, dass die vorhergehend erwähnte „schlechte Halbwelle” die Feuchtigkeit in das Haus zieht und die „gute Halbwelle” das Gegenteil bewirkt, dann müsste man sicher stellen, dass die „schlechte Halbwelle” ausgeschaltet wird und nur noch die „gute Halbwelle” wirkt.
Hierfür müsste das Potential U_PEN entsprechend umgeformt werden, und zwar in eine pulsierende Gleichspannung mit einer Polarität, die die Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk heraus in Richtung Erdreich transportiert oder zumindest ein weiteres Eindringen von Feuchtigkeit verhindert.
Der Verfasser dieser Ausarbeitung hat eine Wandler-Gleichrichterschaltung konzipiert, die auf einfache Weise die Wechselspannung U_PEN in eine pulsierende Gleichspannung umwandelt. In Verbindung mit einem Tiefenerder wird die Polarität so angelegt, dass das Mauerwerk über den Potentialausgleich den Pluspol, das angrenzende Erdreich den Minuspol darstellt und somit der Weg für die Feuchtigkeit von außen nach innen versperrt ist.
Die Lösung stellt eine „Osmotische Barriere” dar und verhindert das kontinuierliche Eindringen von Feuchtigkeit in das Mauerwerk. Der große Vorteil besteht darin, dass nicht nur die Wirkung der „schlechten Halbwelle” von U_PEN sondern auch die des Zeta-Potentials aufgehoben und unschädlich gemacht wird.
Die Wandler-Gleichrichterschaltung benötigt keine Fremdenergie und versorgt sich selbst über das Potential U_PEN! Der Einfluss von Fremdspannungen auf den Potentialausgleich und auf die elektrischen Schutzeinrichtungen der Hausinstallation ist somit ausgeschlossen.
Kritiker osmotischer Entfeuchtungseinrichtungen führen als Gegenargument gerne an, das für den Transport von Wassermolekülen in einem Mauerwerk Gleichströme in Höhe mehrerer Milliampere erforderlich seien. Hierfür wiederum müssten Gleichspannungen in Höhe von 100 Volt und mehr angelegt werden. Sie geben zu Bedenken, dass Spannungen in dieser Größenordnung dann gefährlich für Leib und Leben wären und darüber hinaus eine Trocknung des Mauerwerks nur partiell möglich sei.
Recht haben diese Kritiker! Sie haben allerdings Funktion und Wirkung der in dieser Abhandlung beschriebenen Anwendung zur Entfeuchtung von Mauerwerk nicht verstanden.
Ein Beispiel möge zum Verständnis beitragen:
Stellen wir uns ein Kellermauerwerk vor, das pro Tag einen Liter Wasser aus dem umgebenden Erdreich aufnimmt. Im Jahr würde sich daraus eine Gesamtmenge von 360 Liter ergeben. Zwei Drittel dieser Wassermenge, also 240 Liter, verdunsten und werden im Laufe des Jahres an die Luft in den Innenräumen abgegeben. Sie sind die Verursacher für muffiges Raumklima, Schimmelbildung und das Ausblühen der Wände.
Die verbleibenden 120 Liter lagern sich im Mauerwerk ein und bei vorausgesetzt gleichbleibender Verdunstung sammelt sich über die Jahre immer mehr Feuchtigkeit im Mauerwerk an.
Wird nun die vorhergehend beschriebene „Osmotische Barriere” eingesetzt, kann keine Feuchtigkeit von außen mehr eindringen und sich dort ansammeln. Durch die Verdunstung nimmt die Feuchtigkeit im Mauerwerk über die Zeit ab und verharrt schließlich bei einem unteren Wert.
Hinweise zur Problemlösung in der Praxis:

1. Das Potential U_PEN sollte gemessen werden. Nur so lässt sich feststellen, ob dieses als Mitverursacher infrage kommt und für die erforderliche Umwandlung zur Verfügung steht.
2. Je höher das U_PEN ist, umso höher ist die verbleibende „gute Halbwelle” und um so stärker ist deren Wirkung.
3. Es muss eine Erdungseinrichtung, vorzugsweise einer oder mehrere Tiefenerder, erstellt werden. Die Wandler-Gleichrichterschaltung wird zwischen den Erder und der Potentialausgleichsschiene des Hauses geschaltet und bildet als Einheit die „Osmotische Barriere”. Die Erdungseinrichtung sollte einen Erdungswiderstand von ca. 10 Ohm oder kleiner aufweisen. Nur dadurch ist gewährleistet, dass ein für die Umformung ausreichend hoher Strom zur Verfügung steht.
4. Die benötigten Wandler-Gleichrichter sind z. Zt. noch nicht im Handel erhältlich. Entsprechende Aktivitäten sind allerdings in Vorbereitung. Bei dieser Lösung ist es natürlich von Vorteil, wenn ein möglichst guter Stromübergang von den an den Potentialausgleich angeschlossenen Installationen und dem Mauerwerk besteht. Die negativen Auswirkungen von U_PEN und die des Zeta-Potentials U_Z werden bei dieser Lösung aufgehoben. Es ist die optimale Lösung für die Entfeuchtung von Mauerwerk der hier betrachteten Art.
5. Das vorhergehende Beispiel macht deutlich, wie wichtig ein regelmäßiges Lüften betroffener Räume ist. Nur dadurch wird der Abzug von Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk sichergestellt. Dabei ist zu beachten, dass warme Sommerluft viel Feuchtigkeit mit sich führt und an heißen Sommertagen die Belüftung unterbleiben sollte. Besonders im Winter ist regelmäßiges Lüften äußerst wichtig. Abluftventilatoren, die über eine Schaltuhr mehrmals am Tag eingeschaltet werden, bringen erstaunliche Erfolge und sorgen für ein zügiges Entfeuchten. Die „Osmotische Barriere” sorgt dann dafür, dass keine Feuchtigkeit nachrückt.

1.12 Abschlussbetrachtung
Das Eindringen von Feuchtigkeit in ein Mauerwerk bis zu dem Punkt, an dem die Folgen sichtbar wurden, hat Monate wenn nicht sogar Jahre gedauert. Es sollte daher selbstverständlich sein, dass das Gegenteil, nämlich das Verringern der Feuchtigkeit in dem Mauerwerk mit den vorhergehend aufgeführten Maßnahmen ein ebenfalls längerfristiger Vorgang ist. Ein Erfolg wird sich erst nach einigen Monaten zeigen. Man sollte sich auch darüber im Klaren sein, dass ein komplettes Trockenlegen nicht möglich ist, sondern nur ein Entfeuchten. Die sichtbaren Schäden bleiben ohnehin bestehen und sollten erst dann bautechnisch beseitigt werden, wenn die Feuchtigkeit spür- und messbar zurückgegangen ist.
2. Aufbau und Funktion der „Osmotischen Barriere”
2.1 „Osmotische Barriere” mit Einweggleichrichtung
Die Wirkungsweise der „Osmotischen Barriere” wurde in dem vorherigen Absatz dieser Ausarbeitung beschrieben. Die daraus sich ergebende Aufgabenstellung besteht darin, das in TN-C Versorgungsnetzen zwischen dem Hauptpotentialausgleich eines Gebäudes und dem umgebenden Erdreich auftretende Wechselspannungspotential U_PEN derart umzuformen, dass der durch dieses Potential verursachte Transport von Feuchtigkeit in Kellermauerwerken nicht mehr stattfindet bzw. in der dem Ursprung entgegen gesetzten Richtung erfolgt.
Damit die Barriere betrieben werden kann, ist es erforderlich, einen Tiefenerder zu erstellen, der in der Nähe des Hauses geschlagen wird. Ein Ringerder wäre auch denkbar. Wichtig ist, dass der Erdübergangswiderstand ca. 10 Ohm oder kleiner ist.
Die Wandler-Gleichrichterschaltung der Barriere besteht im Prinzip aus einem Ringkerntrafo, dessen Sekundärwicklung über eine Diode kurz geschlossen ist. Die Primärwicklung des Trafos wird zwischen der Potentialausgleichsschiene oder dem PE der Hausinstallation und dem Erder angeschlossen. (Bild 3, Anordnung der „Osmotischen Barriere”)
Das primär angelegte Wechselspannungspotential U_PEN wird somit sekundär auf ein höheres Potential transformiert. Das hat zur Folge, dass in der einen Halbwelle ein Kurzschlussstrom durch die Sekundärwicklungen fließt, der beim Nulldurchgang der nachfolgenden Halbwelle aufgrund der Sperrwirkung der Diode schlagartig unterbrochen wird. Bedingt durch die damit verbundene Unterbrechung des magnetischen Flusses im Trafokern wird primär eine Spannung aufgebaut, die dem U_PEN entgegenwirkt. Das Wechselspannungspotential U_PEN wird auf diese Weise in ein pulsierendes Gleichspannungspotential umgewandelt. Um die Definition aus dem vorhergehenden Artikel weiter zu verwenden, sei gesagt, die „gute Halbwelle” bewirkt den Barriereeffekt.
Da die Barriere zwischen die Potentialausgleichsschiene des Gebäudes und dem Tiefenerder geschaltet wird, ist es wichtig, auf die Polarität der pulsierenden Gleichspannung zu achten. Das Haus muss über den Potentialausgleich die positive Seite; der Erder und somit das umgebende Erdreich die negative Seite darstellen.
Über die im Bild 4 (Wandler-Gleichrichterschaltung für eine „Osmotische Barriere”-Ausführung als Einweggleichrichtung-) dargestellte, zweipolige Buchse B, kann mittels eines angeschlossenen Oszillografen die pulsierende Gleichspannung in Richtung und Höhe kontrolliert werden. Bei Betätigung des Kontrolltasters T1 wird die Spannung zur Barriere unterbrochen und es liegt U_PEN in seiner ursprünglichen Form an der Buchse an.
Experimentell wurde ermittelt, dass Ringkern-Netztrafos mit dem Spannungsverhältnis 240 V Prim. und 2 × 12 V (12 V – 24 V) sek. und einer Leistung von 50 VA optimale Ergebnisse erbringen. Der Trafo muss entgegengesetzt, also zum hoch Transformieren angeschlossen werden. Bei einer in etwa symmetrischen Belastung des Netzes hat U_PEN einen Effektivwert von ca. 0,3 bis 0,5 Volt.
Bei stark unsymmetrischer Belastung kann der Wert auf einen Effektivwert von 1 Volt und höher ansteigen. Der pulsierende Gleichstrom liegt bei ca. 0,3 Volt bis 0,5 Volt und bildet eine Barriere für die Moleküle der eindringenden Feuchtigkeit.
Über den Taster T2 wird die Leuchtdiode LED angesteuert. Bei Betätigung des Tasters leuchtet die Diode leicht flimmernd in der Frequenz des pulsierenden Gleichstromes und bedingt durch den Belastungszustand des Haus- und Versorgungsnetzes in wechselnder Grundhelligkeit. Das zeigt, dass die Barriere wie vorgesehen funktioniert.
2.2. Osmotische Barriere mit Zweiweggleichrichtung
Wie schon gesagt, bewirkt die „gute Halbwelle” bei Einweggleichrichtung den Barriereeffekt. Wenn es nun möglich wäre, auch die „schlechte Halbwelle” zu nutzen und diese in eine „gute Halbwelle” umzuformen, dann ließe sich ein wesentlich effektiveres Ergebnis erzielen. Da die „schlechte Halbwelle” absolut gesehen in ihrem Maximalwert um den Betrag von U_Z größer ist als die „gute Halbwelle”, lässt sich damit die Gesamtwirkung um mehr als das Doppelte erhöhen!
Dieses Ziel wird mit der Schaltung einer Zweiweggleichrichtung erreicht.
Im Prinzip besteht diese Schaltung wie im Bild 5 (Wandler-Gleichrichterschaltung für eine „Osmotische Barriere”-Ausführung als Zweiweggleichrichtung-) dargestellt, aus zwei gegenläufig aufgebauten Barrieren mit Einweggleichrichtung. Die Primärwicklungen der Trafos 1 und 2 sind in Reihe geschaltet. Im Ergebnis werden beide aufeinander folgende Halbwellen zu „guten Halbwellen” womit sich der Barriereeffekt wie vorhergehend beschrieben, verstärkt.
Die Funktion der Barriere lässt sich mit den Tastern T2a und T2b kontrollieren. Bei Betätigung der Taster leuchten die beiden angesteuerten Leuchtdioden leicht flimmernd und mit durchaus unterschiedlicher Helligkeit auf.
Es sei abschließend nochmals darauf hingewiesen, dass die „Osmotische Barriere” in dieser Form keine Fremdspannung benötigt und sich selbst aus der Energie des Potentials U_PEN zwischen dem Hauptpotentialausgleich eines Gebäudes und dem umgebenden Erdreich versorgt. Je höher das Potential U_PEN auftritt, umso höher ist auch die pulsierende Gleichspannung und umso ausgeprägter der Barriereeffekt.
4. Zeichnungen zum Patentantrag
Bild 1: Stromversorgung eines Wohnhauses im TN-C-Netz
Bild 2: Zusammenwirken der Potentiale U_PEN und U_Z
Bild 3: Anordnung der „Osmotischen Barriere”
Bild 4: Wandler-Gleichrichterschaltung für eine „Osmotische Barriere” – Ausführung als Einweggleichrichtung – (Schaltbild 1)
Bild 5: Wandler-Gleichrichterschaltung für eine „Osmotische Barriere” – Ausführung als Zweiweggleichrichtung – (Schaltbild 2)
Wandler-Gleichrichter für die „Osmotische Barriere”

Stückliste zu Bild 4 und Bild 5

1. Trafo 1; Trafo 2	Ringkerntrafo 50 VA, Netztrafo 240 V/2 × 12 V U_PEN wird hoch transformiert um das zehnfache, falls erforderlich, um das zwanzigfache. Betrieb sek. auf prim.
2. Diode D1; D2	Gleichrichterdiode
3. Kondensator C1; C2	Entstörkondensator 0,047 mF
4. Widerstand R1; R2	Vorwiderstand für LED, 270 Ohm
5. Buchse B	Buchse, zweipolig, für den Anschluss eines Oszillografen oder Spannungsmessers
6. Taster T1	Taster (Öffner) zum Umschalten der Spannung bei angeschlossenem Oszillografen oder Messgerät
7. Taster T2a; T2b	Taster (Schließer) zum Einschalten der LED zur Funktionskontrolle der „Osmotischen Barriere”
8. LED!; LED2	Leuchtdiode, Farbe gelb, für Funktionskontrolle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN VDE 0100-410 [0017]
DIN 18014 [0017]

Claims

Die „Osmotische Barriere” ist eine Einrichtung zum Einsatz in Gebäuden. Sie ist eine elektrische Einrichtung, die dazu dient, das Eindringen von Feuchtigkeit aus dem Erdreich in das Mauerwerk von Gebäuden, hier besonders Mauerwerk in Keller, zu verhindern oder zu verringern. Die „Osmotische Barriere als Gesamteinrichtung besteht aus einer Wandler-Gleichrichterschaltung und einer Erdungseinrichtung. Die Wandler-Gleichrichterschaltung kann sowohl als Einweggleichrichtung als auch als Zweiweggleichrichtung ausgeführt sein. (Siehe hierzu Absatz 2 dieser Ausarbeitung) Die Erdungseinrichtung kann ein Tiefenerder, Ringerder oder Banderder sein. Wichtig ist, dass es ein separater Erder ist, der nur für die „Osmotische Barriere” genutzt wird. Der Erder darf keine direkte Verbindung mit dem Potentialausgleich oder Schutzleiter (PE) des Hauses haben und sollte einen Erdübergangswiderstand von ca. 10 Ohm oder kleiner aufweisen. Nur unter diesen Voraussetzungen ist eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Die Wandler-Gleichrichterschaltung wird zwischen den Erder und der Potentialausgleichsschiene des Gebäudes geschaltet und formt das vorhandene Wechselspannungspotential U_PEN unter Mitwirkung des Zeta-Potentials U_Z in eine gerichtete, pulsierende Gleichspannung um. (Siehe hierzu Absatz 1 dieser Ausarbeitung) Diese gerichtete Gleichspannung bewirkt, dass Feuchtigkeitsmoleküle in ihrer Bewegungsrichtung aufgehalten bzw. dass die Bewegungsrichtung in die Gegenrichtung gewendet wird. Der Patentanspruch Nr. 1 bezieht sich auf die hier beschriebene Einrichtung aus einem Wandler-Gleichrichter und einer eigens hierfür erforderlichen Erdungseinrichtung.
Die „Osmotische Barriere” kann aus den folgenden beiden Gründen eingesetzt werden: 2.1 In vorhandenen Gebäuden zur Reduzierung oder Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit in Mauerwerk, vorzugsweise Mauerwerk in Kellerräumen. Zusammen mit dem Verdunsten der Feuchtigkeit an der Oberfläche des Mauerwerks wird längerfristig ein Trocknungseffekt erzielt. Das hat zur Folge, dass Ausblühungen und Schäden an den Maueroberflächen, die sogenannte „Salpeterbildung”, sich verringert. Letztlich erreicht dieser Vorgang ein unteres Niveau und, es können Möglichkeiten der bautechnischen Sanierung zum Einsatz kommen. 2.2 In neuen Gebäuden kann von Beginn an mit dieser Einrichtung verhindert werden, dass überhaupt Feuchtigkeit in das Mauerwerk eindringt. In diesem Fall wird die „Osmotische Barriere” vorbeugend eingesetzt um durch Feuchtigkeit ausgelöste Bauschäden zu verhindern. Die „Osmotische Barriere” kann überall dort eingesetzt werden, wo ein messbares Potential U_PEN vorhanden ist. Die Messung kann, wie im Absatz 1, Bild 1, dargestellt, mit einem Spannungsmesser mit entsprechend hohem Eingangswiderstand oder mit einem Oszillografen durchgeführt werden. Die Spannungswerte sollten ebenfalls den im Absatz 1 genannten Werten entsprechen. Im Prinzip ist der geforderte Eingangswiderstand bei jedem heutigen Digitalmessgerät gegeben. Voraussetzung ist in jedem Fall, dass die Stromversorgung über ein sogenanntes TN-C Netz erfolgt. Nur bei dieser Netzform ist ein U_PEN vorhanden und nur mit diesem Potential wird die Barriere betrieben. Auch bei Gebäuden mit einem vorhanden Fundamenterder, der Bestandteil des Haupt-Potentialausgleichs ist, kann die „Osmotische Barriere” sowohl zur Verringerung der Feuchtigkeit als auch vorsorglich eingesetzt werden. Auch hier ist die Vorraussetzung, dass eine separate Erdungseinrichtung für den Barrierebetrieb vorhanden ist. Der Patenanspruch Nr. 2 besteht darin, dass die „Osmotische Barriere” in vorhandenen Gebäuden zur Reduzierung von Feuchtigkeit im Mauerwerk als auch vorbeugend in Neugebäuden zur Verhinderung von Feuchtigkeitsschäden eingesetzt werden kann. Feuchtigkeitsschäden haben letztlich einen großen Einfluss auf den Wert einer Immobilie! Die „Osmotische Barriere” steigert somit den Wert einer Immobilie.
Die in Bild 4 und Bild 5 dargestellten Wandler-Gleichrichterschaltungen in Einweg- oder Zweiweggleichrichtung sind letztlich aus elektrisch/elektronischem Standpunkt gesehen, von relativ einfachem Aufbau. Dieser einfache Aufbau ist für den Betrieb in der „Osmotischen Barriere” von großer Bedeutung. Der große Vorteil der Schaltungen ist der, dass nur aus dem Potential U_PEN die Funktion gegeben und möglich ist. Es wird kein Fremdpotential für die Umformung der Spannung benötigt. Das ursprünglich vorhandene Potential formt sich somit mit Eigenenergie in das benötigte, pulsierende Gleichspannungspotential um. Daraus resultiert der weitere Vorteil ist, dass dadurch bedingt es auch keine Probleme mit den Vorschriften der VDE 0100 in Bezug auf den Schutz-Potentialausgleich und Elektromagnetischer Verträglichkeit EMV bestehen. Die Wandler-Gleichrichterschaltungen verfügen über eine Einrichtung zur Funktionskontrolle. Nach dem Betätigen des Tasters T2, bzw. der Taster T2a und T2b, werden Leuchtdioden LED angesteuert. Sobald diese flimmernd und mit wechselnder Helligkeit aufleuchten, ist sichergestellt, dass die jeweilige Barriere wie vorgesehen funktioniert. Der einfache Aufbau der Wandler-Gleichrichterschaltungen bringt den Vorteil mit sich, dass ein langfristig, zuverlässiger Betrieb möglich ist und Ausfälle durch Überlastung oder ähnlichen Ursachen kaum möglich sind. Der Patentanspruch Nr. 3 besteht darin, dass die „Osmotische Barriere” wahlweise nur mit einer dieser beiden Wandler-Gleichrichterschaltungen zu betreiben ist und die Schaltungen hierfür speziell konzipiert wurden. Kennzeichnend für die Schaltungen ist die Möglichkeit der einfachen Funktionsprüfung mittels Prüftaster und LED-Funktionsanzeige.
Sowohl die Wandler-Gleichrichterschaltung mit Einweggleichrichtung als auch die mit Zweiweggleichrichtung lassen sich konstruktiv sehr kompakt aufbauen. Dadurch wird es möglich, die Schaltungen für den Einsatz in der Praxis konstruktiv ebenfalls kompakt aufzubauen als Geräte für M 36-DIN- Normschienenmontage. Diese Montage auf M 36-Normschienen ist gängige Technik für die Montage von elektrischen Anreingeräten in Schalt- und Verteilerschränken der Elektroinstallation, wie z. B. bei Hauptschaltern, Sicherungsautomaten, Fehlerstromschalter oder ähnlich. Zur vorbeugenden Verhinderung, wie im Patentanspruch Nr. 2 benannt, könnten die Wandler-Gleichrichter in den Schränken oder Gehäusen der Elektro-Unterverteilungen eines Gebäudes angeordnet werden. Da in diesen Verteilungen das Potential des PE immer vorhanden ist, wäre eine separate Kabelverbindung zur Potential-Ausgleichsschiene nicht erforderlich. Zum Einsatz der Geräte zur Entfeuchtung in Altgebäuden würde es sich anbieten, die Wandler-Gleichrichterschaltungen in separaten, handelsüblichen Verteiler- oder Montagegehäusen mit M 36-Normschienen, direkt an oder neben der Potential-Ausgleichsschiene zu montieren. Der Patentanspruch Nr. 4 besteht darin, das die Wandler-Gleichrichterschaltungen für die „Osmotische Barriere” als kompakte Anreingeräte für M 36-Normschienenmontage aufgebaut und hergestellt werden.