Blitzableiter

Als Blitzableiter wird eine Einrichtung zum Schutz von Gebäuden vor Blitzeinschlägen bezeichnet. Damit stellt der Blitzableiter einen Teil des Blitzschutzsystems eines Gebäudes dar.

Dringt ein Blitz in ein Haus ein, entsteht meist erheblicher Sachschaden, da nahezu alle elektrischen Geräte und Anlagen zerstört werden. Durch die hohe Temperatur (mehrere 1000 °C) besteht die Gefahr eines Brandes.

Ein Blitzableiter ist ein bis an eine exponierte Stelle geführter, geerdeter elektrischer Leiter, der dank seines großzügig bemessenen Querschnitts über einen hohen elektrischen Leitwert verfügt. Er soll den Blitzstrom an der Außenseite des zu schützenden Objekts entlang sicher zum Erdboden ableiten.

Inhaltsverzeichnis

1 Funktion
2 Blitze und elektrische Geräte
3 Geschichte
4 Literatur
5 Weblinks
6 Einzelnachweise

Funktion
Weltraumzentrum Guayana: Startrampe mit vier Blitzableitertürmen

Eine Blitzschutzanlage vermeidet in erster Linie, dass ein Blitz in das geschützte Gebäude einschlägt. Der Einschlag findet stattdessen in die Blitzschutzanlage statt. Im Falle eines Einschlages bietet die Blitzschutzanlage dem Blitzstrom einen definierten, niederohmigen Strompfad, womit Beschädigungen am geschützten Objekt vermieden werden sollen.

Die eigentliche Blitzschutzeigenschaft entsteht durch den Spitzeneffekt und die niedrige Impedanz des geerdeten Blitzableiters:

Durch den Spitzeneffekt bildet sich knapp über der Spitze des Ableitsystems eine hohe elektrische Feldstärke. Erreicht die elektrische Feldstärke die Durchbruchfeldstärke für Luft, dieser Vorgang kann auch über mehrere Stufen wie eine Koronaentladung erfolgen, wird die Luft in der unmittelbaren Umgebung ionisiert und damit elektrisch leitfähig. Damit setzt die elektrische Entladung in den Blitzableiter ein. Ein Blitzableiter stellt eine Fangeinrichtung für atmosphärische elektrische Entladungsvorgänge dar.
Zudem fließen elektrische Ladungen immer über den Weg mit dem geringsten elektrischen Widerstand, und der Blitzableiter hat im Regelfall einen niedrigeren Widerstand als der Rest des Gebäudes – und befindet sich näher an der Quelle des Blitzes als der Rest des Gebäudes.

Durch die gute elektrische Leitfähigkeit der Blitzschutzanlage bleiben die Raumbereiche unterhalb bzw. innerhalb der Blitzschutzanlage bis kurz vor der Entladung fast feldfrei. Für die Ermittlung des Schutzraumes unter einem Blitzableiter kommt das Blitzkugelverfahren zur Anwendung, welches in der Norm IEC 62305-3 spezifiziert ist: Dabei wird der Radius einer gedachten Kugel durch den Boden und die Spitzen der Blitzschutzanlage begrenzt. Der Raumbereich unterhalb der Blitzschutzeinrichtung und außerhalb der Blitzkugel ist als Schutzraum festgelegt, Bereiche innerhalb der Kugel stellen mögliche Blitzwege dar. Kann die gedachte Kugel außer dem Erdboden und dem Blitzschutzsystem auch zu schützende Gebäudeteile berühren, ist ein Blitzschutz nicht gegeben. Bei dem Blitzkugelverfahren kommen dabei vier verschiedene Schutzklassen zur Anwendung: Schutzklasse I stellt die höchste Anforderung und Schutzklasse IV die geringste.[1]

Bei einfacheren Berechnungen geht man von einem Fangbereich von 45° aus. Das heißt, dass alles, was in einem Winkel von 45° unterhalb einer Fangleitung oder Fangstange eines Blitzableiters ist, durch diese Einrichtung geschützt sein sollte.[2]
Blitze und elektrische Geräte

In elektrischen Geräten, die in der Nähe des Blitzableiters positioniert sind, können die starken durch den Blitz entstehenden elektrischen und magnetischen Felder jedoch dennoch Schäden verursachen, indem sie in den Leitungen des Gerätes Spannungen und Ströme induzieren. Die Intensität elektrischer und magnetischer Felder nimmt im Nahfeld, also unter der Annahme, dass der Verursacher unendlich lang ist (was in der Nähe des Blitzes der Fall ist), allerdings linear mit der Entfernung von der Quelle, bei ausreichender Entfernung sogar mit dem Quadrat der Entfernung von der Quelle, ab.

Auch weit entfernte Blitzeinschläge in bzw. in der Nähe von Strom- und Kommunikationsnetzen (Telefon, Kabelfernsehen etc.) können den Geräten im Haus gefährlich werden. Hierfür werden verschiedene Filter angeboten, die verhindern sollen, dass die Überspannung das betreffende Gerät beschädigt.
Geschichte
Künstlerische Darstellung von Benjamin Franklins Experiment aus dem Jahre 1752, in welchem er einen Drachen an einem Draht in eine Gewitterwolke aufsteigen ließ
Zeichnung des im Oktober 1782 errichteten Bilitzableiters auf dem Turm des Schlosses Hainewalde
„Hemmersche Fünfspitze“ auf Wohnhäusern in Frankfurt, Gemälde von Johann Ludwig Ernst Morgenstern, 1793

Als Erfinder des Blitzableiters gilt Benjamin Franklin (1706–1790), der sich in den 1740er Jahren stark für Elektrizität interessierte. Nach seiner 1749 geäußerten Theorie, Blitze seien nichts anderes als Funken in riesigem Maßstab, schlug er im Juni 1752 ein Experiment vor, das im Aufbau einem Blitzableiter gleicht. Franklin ließ bei diesem lebensgefährlichen Experiment bei einem sommerlichen Gewitter einen Drachen an einem Metalldraht aufsteigen und konnte so zeigen, dass Blitze elektrische Entladungen darstellen. Unabhängig von Franklin erkannte der böhmische prämonstratensische Ordensbruder Prokop Diviš als erster in Europa das Prinzip und errichtete 1754 in seinem Pfarrgarten in Přímětice bei Znojmo einen Blitzableiter.[3] In Europa machte sich vor allem Giambatista Beccaria in Italien um die frühe Verbreitung von Blitzableitern verdient.

In den Anfangszeiten der Blitzableiter war man der Meinung, dass diese nicht nur am höchsten Punkt des zu schützenden Objektes angebracht, sondern auch besonders spitz sein müssen. Die Form des höchsten Punktes hat jedoch keinerlei Einfluss auf die Funktion. Der erste Blitzableiter in Deutschland wurde auf der Hamburger Hauptkirche St. Jacobi 1769 installiert. 1779 wurde die niedersächsische Universitätsstadt Rinteln mit einem Kranz von insgesamt sieben frei stehenden Blitzableiterstangen umgeben, die die Stadt komplett schützen sollten. 1787 wurde auf der Villa Lindengut in Winterthur, heute das Heimatmuseum der Stadt, der erste Blitzableiter der Schweiz errichtet.

Der Blitzableiter wurde jedoch an vielen Stellen in Deutschland relativ zeitgleich eingeführt, so berichtet A. T. von Gersdorff in den Oberlausitzer Provinzialblättern von der Konstruktion eines Blitzableiters in Oberrengersdorf im Jahre 1772. Dies erfolgte im Rahmen der ausführlichen Beschreibung der Errichtung eines Blitzableiters für den Turm des Schlosses Hainewalde, welche im Jahre 1782 stattfand.[4]

Im süddeutschen Raum entwickelte Johann Jakob Hemmer, Leiter des Physikalischen Kabinetts am Hof des Kurfürsten Karl Theodor in Mannheim, den „Hemmerschen Fünfspitz“. Ein Blitzschlag in den Marstall von Schwetzingen (1769) scheint hier Anlass gewesen zu sein, dass sich der bekannte Universalgelehrte Hemmer auch mit der Notwendigkeit des Blitzschutzes beschäftigte und den fünfstrahligen Blitzableiter, gekennzeichnet durch eine senkrechte Stange und ein waagrechtes Strahlenkreuz, erfand und einführte. Der erste Blitzableiter hemmerscher Art wurde am 17. April 1776 auf dem Schloss des Freiherrn von Hacke in Trippstadt/Pfalz installiert. Die weitere Entwicklung wurde durch eine Verordnung des Kurfürsten Karl Theodor beschleunigt, der 1776 bestimmte, dass alle Schlösser und Pulvertürme des Landes mit Blitzableitern auszurüsten seien. In den folgenden Jahren breitete sich ein weiter Elektrizitätstaumel in Deutschland aus, der dazu führte, dass die „Hemmerschen Fünfspitze“ mehr und mehr nachgefragt wurden. Ein Nutzen des waagerechten Strahlenkreuzes konnte jedoch nie nachgewiesen werden. Die Konstruktion blieb deshalb letztlich ohne Einfluss auf die technische Entwicklung des Blitzschutzes.

Ein radioaktiver Blitzableiter war eine besondere Ausführung eines Blitzableiters, bei dem eine radioaktive Substanz durch ihre Strahlung die Luft um die Blitzableiterspitze ionisieren und dadurch den Blitz auf diese lenken sollte. Als radioaktive Substanz enthielten sie typischerweise umschlossene Alphastrahler (Radium-226 oder Americium-241) mit einer Radioaktivität von ungefähr 0,030 bis 70 MBq pro Strahlenquelle. Mehrere dieser Strahlenquellen wurden auf einem Blitzableiter montiert. Radioaktive Blitzableiter mit Alphastrahlern wurden unter anderem in der Westschweiz, in Frankreich, und unter französischem Einfluss in einer Reihe von Staaten, so z. B. in Brasilien und in Spanien eingesetzt. In Serbien und in allen Staaten des früheren Jugoslawien wurden Gammastrahler und zwar 152Eu, 154Eu und 60Co mit einer Aktivität von ca 4000 MBq bis 20000 MBq pro Strahlenquelle verwendet, wobei nur eine Strahlenquelle pro Blitzableiter verwendet wurde. Es konnte allerdings nie nachgewiesen werden, dass die Radioaktivität die Wirksamkeit verbessert. Alle Blitzableiter mit radioaktiven Strahlenquellen werden heute aus Umweltschutzgründen demontiert.
Literatur

1781: Nikolaus Anton Johann Kirchhof (teilweise Übersetzung) von James Fergusons Vorlesungen: Beschreibung einer Zurüstung welche die anziehende Kraft der Erde gegen die Gewitterwolke und die Nützlichkeit der Blitzableiter sinnlich beweiset. Nicolai, Berlin 1781 (Digitalisat)
1783: J. Langenbucher: Richtige Begriffe vom Blitz u. von Blitzableitern., Augsburg 1783
Verhaltungsregeln bey nahem Donnerwetter; 2te Aufl, mit einer Kupfer, Gotha 1775[5]
1786: A. G. Wetzel: Abhandlg. über Electricität und Blitzableitung., 1786 [6]
Dietrich Müller-Hillebrand: The Protection of Houses by Lightning Conductors. An Historical Review. J. Franklin Institute, 273, 1962, S. 35–44

Weblinks
Commons: Blitzableiter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Blitzableiter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Johann Jakob Hemmer – Geistlicher, Sprachforscher, „erfolgreicher Physiker, Meteorologe und Vollender des Blitzableiters“
Deutsche Welle: Blitzableiter erfunden

Einzelnachweise

↑ International Electrotechnical Commission: IEC 62305, Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard, 2006
↑ Europa Lehrmittel Fachkunde Elektrotechnik. Ausgabe 22. Seite 488–490
↑ Karl Vocelka: Glanz und Untergang der höfischen Welt. Repräsentation, Reform und Reaktion im habsburgischen Vielvölkerstaat. In: Herwig Wolfram(Hrsg.): Geschichte Österreichs 1699–1815. Wien 2001. S. 269 f.
↑ Oberlausitzische Gesellschaft der Wissenschaften: Provinzialblätter, oder Sammlungen zur Geschichte Naturkunde, Moral und anderen Wissenschaften, Seite 388ff., Leipzig und Dessau, 1782.
↑ Verzeichniß einer Bücher=Sammlung aus verschiedenen Fächern der Wissenschaften nebst einem starken Anhang bellitristischer Werke, welche am 21. März 1836 ..., Nürnberg 1834., 64 S. Google Books, online S. 23, Position 637
↑ Verzeichniß einer Bücher=Sammlung aus verschiedenen Fächern der Wissenschaften nebst einem starken Anhang bellitristischer Werke, welche am 21. März 1836 ..., Nürnberg 1834., 64 S. Google Books, online S. 37, Position 1078