Rohrhalter müssen deutlich mehr aufnehmen als nur das Gewicht eines Rohres. In einer industriellen Rohrleitungsanlage wirken gleichzeitig statische, dynamische und thermische Belastungen. Hinzu kommen Kräfte aus der Einbaulage, aus Armaturen und Isolierungen, aus Schwingungen, Druckänderungen sowie aus äußeren Einflüssen.
Die sichere Auslegung eines Rohrhalters setzt deshalb voraus, dass nicht nur eine einzelne Traglast betrachtet wird, sondern das vollständige Lastbild der Rohrleitung.
Welche Belastungen tatsächlich maßgeblich sind, hängt unter anderem von Rohrdurchmesser, Werkstoff, Medium, Temperatur, Betriebsdruck, Leitungsführung, Lagerungsart und Umgebung ab. Ein Rohrhalter kann eine Leitung tragen, führen oder fixieren. Je nach Funktion muss er vertikale Lasten, Querkräfte, Axialkräfte oder eine Kombination daraus zuverlässig in die Tragkonstruktion ableiten.
Grundlagen zu den unterschiedlichen Bauarten und Aufgaben finden Sie im Beitrag „Was ist ein Rohrhalter?“:
https://stebagmbh.de/was-ist-ein-rohrhalter/
Welche Aufgabe übernimmt ein Rohrhalter?
Ein Rohrhalter verbindet die Rohrleitung mit einer Unterkonstruktion, einem Stahlbau, einer Konsole, einer Wand oder einem anderen tragenden Bauteil. Dabei erfüllt er abhängig von seiner Bauart eine oder mehrere Funktionen:
- Tragen des Eigengewichts der Rohrleitung
- Ableiten der Lasten aus Medium, Isolierung und Einbauteilen
- Führen der Rohrleitung in einer vorgegebenen Richtung
- Begrenzen oder Verhindern von Bewegungen
- Zulassen kontrollierter thermischer Längenänderungen
- Reduzieren oder Übertragen dynamischer Kräfte und Schwingungen
Die Funktion bestimmt das Lastbild. Ein einfaches Auflager wird überwiegend vertikal belastet. Ein Führungslager nimmt zusätzlich seitliche Kräfte auf. Ein Festpunkt muss dagegen auch erhebliche axiale Kräfte übertragen können.
Die Bezeichnung „Rohrhalter“ allein sagt daher noch nichts über die erforderliche Tragfähigkeit aus. Entscheidend ist, welche Funktion das Bauteil innerhalb des gesamten Rohrbefestigungssystems übernehmen soll.
Einen Überblick über das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten bietet die Seite:
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1. Statische Lasten durch das Gewicht der Rohrleitung
Die statische Belastung ist eine dauerhaft oder über einen längeren Zeitraum wirkende Last. Ihre wichtigste Komponente ist das Eigengewicht des Rohres. Für die Auslegung reicht es jedoch nicht, nur das Leergewicht der Rohrleitung zu berücksichtigen.
Eigengewicht des Rohres
Das Rohrgewicht ergibt sich aus Außendurchmesser, Wanddicke, Länge und Werkstoffdichte. Ein Stahlrohr belastet den Halter deutlich stärker als ein vergleichbar großes Kunststoffrohr.
Bei großen Nennweiten oder hohen Wanddicken kann bereits das Eigengewicht einen erheblichen Anteil der Gesamtlast ausmachen. Dabei ist nicht nur das Gewicht zwischen zwei Haltepunkten relevant. Auch die durch die Spannweite entstehenden Biegemomente müssen berücksichtigt werden.
Gewicht des transportierten Mediums
Im Betrieb kommt das Gewicht des Mediums hinzu. Bei Wasser, Öl, Chemikalien oder anderen Flüssigkeiten wird üblicherweise mit dem vollständig gefüllten Rohr gerechnet.
Bei Gasleitungen ist das Gewicht des eigentlichen Mediums meist geringer. Dennoch können Kondensate, Ablagerungen, Flüssigkeitsansammlungen oder besondere Prüfzustände relevant werden.
Besonders wichtig ist die Frage, ob die Leitung im Normalbetrieb, während einer Druckprüfung oder in einem Störfall vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist. Eine normalerweise gasführende Rohrleitung kann während einer Wasserdruckprüfung erheblich schwerer sein als im späteren Betrieb.
Isolierung, Ummantelung und Begleitheizung
Wärme- und Kälteisolierungen erhöhen die ständige Last. Gleiches gilt für Schutzmäntel, Blechummantelungen, Begleitheizungen und weitere Anbauteile.
Bei großen Rohrdurchmessern kann das zusätzliche Gewicht der Isolierung keinesfalls vernachlässigt werden. Auch Feuchtigkeit, die in eine beschädigte Isolierung eindringt, kann die Belastung erhöhen.
Bei kaltgehenden Leitungen müssen zudem mögliche Eisbildung und Kondenswasser berücksichtigt werden.
Armaturen, Flansche und Einbauteile
Ventile, Schieber, Pumpenanschlüsse, Kompensatoren, Messgeräte, Flansche und Filter erzeugen lokale Zusatzlasten.
Liegt ein schweres Bauteil zwischen zwei weit voneinander entfernten Haltepunkten, entstehen hohe Biegemomente in der Rohrleitung und in den Haltern. Solche Komponenten benötigen daher häufig eigene Unterstützungen oder kleinere Befestigungsabstände.
Auch asymmetrisch angeordnete Bauteile können zusätzliche Momente verursachen, wenn ihr Gewicht nicht mittig über dem Auflager eingeleitet wird.
2. Dynamische Belastungen
Dynamische Belastungen verändern sich mit der Zeit. Sie können kurzzeitig auftreten, sich periodisch wiederholen oder schlagartig entstehen.
Obwohl einige dieser Kräfte nur für Sekundenbruchteile wirken, können sie deutlich höher sein als die normale statische Belastung.
Schwingungen aus Pumpen und Maschinen
Pumpen, Verdichter, Motoren und andere Aggregate übertragen Schwingungen auf angeschlossene Rohrleitungen.
Ungeeignete oder zu starre Befestigungen können die Schwingungen weiterleiten und Spannungen an Schweißnähten, Flanschen oder Maschinenanschlüssen erhöhen. Zu flexible Halterungen können dagegen große Bewegungsamplituden zulassen.
Deshalb müssen Steifigkeit, Befestigungsabstand und gegebenenfalls elastische oder schwingungsdämpfende Elemente aufeinander abgestimmt werden.
Strömungsbedingte Kräfte
Änderungen der Strömungsrichtung erzeugen Kräfte in Rohrbögen, Abzweigen, Reduzierungen und Armaturen. Je höher Massenstrom und Strömungsgeschwindigkeit sind, desto größer können diese Reaktionskräfte ausfallen.
Turbulenzen, Zweiphasenströmungen oder pulsierende Medien führen zusätzlich zu wechselnden Belastungen. Besonders kritisch können Rohrleitungen sein, in denen Flüssigkeit und Gas gleichzeitig oder unregelmäßig transportiert werden.
Druckstöße und schnelle Schaltvorgänge
Schnell schließende Armaturen, Pumpenausfälle oder plötzliche Änderungen des Volumenstroms können Druckstöße verursachen.
Der dabei entstehende Impuls wirkt nicht nur auf das Rohr, sondern auch auf Festpunkte, Führungen und Rohrhalter. Für Anlagen mit einem entsprechenden Risiko müssen diese kurzfristigen Spitzenlasten ausdrücklich berücksichtigt werden.
Ein Rohrhalter, der für das normale Rohrgewicht ausreichend dimensioniert ist, kann durch einen starken Druckstoß dennoch überlastet werden.
Vibration, Ermüdung und wechselnde Lasten
Eine einzelne Last kann unterhalb der rechnerisch zulässigen Tragfähigkeit liegen und langfristig trotzdem Schäden verursachen, wenn sie sehr häufig wechselt.
Wiederkehrende Belastungen können zu Materialermüdung, gelösten Schraubverbindungen, beschädigten Schweißnähten oder Rissen führen. Bei schwingungsbeanspruchten Anlagen zählt daher nicht nur die maximale Kraft, sondern auch deren Häufigkeit, Richtung und Frequenz.
3. Thermische Belastungen durch Längenänderungen
Rohrleitungen dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Wird diese Bewegung behindert, entstehen hohe Reaktionskräfte.
Thermische Belastungen gehören deshalb zu den wichtigsten Einflussgrößen bei Dampf-, Heißwasser-, Abgas-, Prozess- und Kälteleitungen.
Entscheidend ist die jeweilige Lagerungsfunktion:
Ein Gleitlager soll die Leitung tragen, aber eine definierte Bewegung zulassen. Eine Führung begrenzt die Bewegung seitlich und lässt sie in Längsrichtung zu. Ein Festpunkt verhindert eine Verschiebung und übernimmt die daraus entstehenden Axialkräfte.
Für beweglich gelagerte Leitungen werden häufig Rohrschlitten eingesetzt. Sie tragen die Rohrleitung und ermöglichen kontrollierte Längsbewegungen auf der Tragkonstruktion.
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Welche thermischen Kräfte wirken auf Rohrhalter?
Bei Temperaturänderungen können unterschiedliche Belastungen entstehen:
- Axialkräfte, wenn die Längsausdehnung begrenzt oder vollständig verhindert wird
- Querkräfte an Führungen, wenn die Rohrleitung seitlich ausweichen möchte
- Reibkräfte an Gleitlagern und Rohrschlitten
- Momente durch versetzte Lagerpunkte oder räumliche Leitungsführungen
- Zusatzkräfte an Bögen, Abzweigen, Kompensatoren und Festpunkten
Die thermische Ausdehnung darf nicht isoliert an einem einzelnen Halter betrachtet werden. Maßgeblich ist das gesamte Lagerungskonzept mit Festpunkten, Führungen, Gleitlagern, Bewegungswegen und möglichen Kompensationsbereichen.
Wird die Leitung an zu vielen Stellen starr fixiert, können erhebliche Zwängungskräfte entstehen. Sind dagegen zu wenige Führungen vorhanden, kann die Leitung unkontrolliert seitlich ausweichen.
4. Kräfte in unterschiedlichen Richtungen
Rohrhalter werden in der Praxis selten ausschließlich in einer Richtung belastet. Für die Auslegung müssen die Kräfte nach ihrer Richtung getrennt und anschließend in geeigneten Lastkombinationen betrachtet werden.
Vertikale Lasten
Vertikale Lasten entstehen überwiegend aus dem Gewicht von Rohr, Medium, Isolierung und Einbauteilen.
Neben der Druckbelastung auf ein Auflager kann bei hängenden Rohrleitungen eine Zugbelastung auftreten. Bei vertikalen Rohrleitungen muss außerdem geprüft werden, ob das Rohrgewicht über einzelne Tragpunkte, Rohrschellen oder spezielle Abstützungen abgetragen wird.
Auch Auftrieb kann eine Rolle spielen, beispielsweise bei unter Wasser verlegten oder überflutungsgefährdeten Leitungen.
Axiale Lasten
Axiale Kräfte wirken in Längsrichtung des Rohres. Sie entstehen vor allem durch:
- thermische Ausdehnung,
- Reibung an Gleitlagern,
- Druckkräfte an Querschnittsänderungen,
- die Wirkung von Kompensatoren,
- Strömungsreaktionen,
- Gefälle oder vertikale Leitungsabschnitte.
Festpunkte müssen diese Kräfte sicher in die Baukonstruktion übertragen. Dabei darf nicht nur der eigentliche Rohrhalter betrachtet werden. Auch Konsole, Schrauben, Dübel, Schweißnähte und Stahlbau müssen für die auftretenden Axialkräfte geeignet sein.
Querkräfte und Momente
Seitliche Kräfte können durch Wind, Schwingungen, Strömungsreaktionen oder eine seitliche Bewegung der Rohrleitung entstehen.
Werden Kräfte nicht mittig in den Halter eingeleitet, entstehen zusätzlich Biegemomente. Lange Konsolen oder große Abstände zwischen Rohrmitte und Befestigungspunkt erhöhen den wirksamen Hebelarm.
Daher sind auch Konsolen, Schweißnähte, Schrauben und Verankerungen Teil der vollständigen Lastkette.
5. Äußere und außergewöhnliche Belastungen
Je nach Standort und Branche müssen Rohrhalter weitere Lasten aufnehmen oder an die Tragkonstruktion weiterleiten.
Diese Einwirkungen treten nicht in jeder Anlage auf, können im maßgebenden Auslegungsfall jedoch entscheidend sein.
Mögliche zusätzliche Belastungen sind:
- Windlasten bei frei verlegten Rohrleitungen und Rohrbrücken
- Schnee- und Eislasten im Außenbereich
- Erdbebenlasten in entsprechend eingestuften Regionen
- Schiffsbewegungen, Beschleunigungen und Vibrationen im Schiffbau
- Wellen- und Plattformbewegungen im Offshore-Bereich
- Stoß- und Beschleunigungslasten in Marine- oder Defense-Anwendungen
- Anprall- oder Montagelasten in Produktionsbereichen
- Brandfall- und Notbetriebszustände, sofern projektspezifisch gefordert
Branchenspezifische Anforderungen an Rohrbefestigungen beschreibt steba unter anderem für den Rohrleitungsbau:
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6. Belastungen bei Montage, Prüfung und Wartung
Nicht nur der spätere Normalbetrieb ist relevant. Während Montage, Druckprüfung, Spülung, Reinigung oder Wartung können andere und teilweise höhere Lastzustände auftreten.
Eine normalerweise gasgefüllte Leitung kann während einer Wasserdruckprüfung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein. Provisorische Auflager, noch nicht montierte Festpunkte oder demontierte Armaturen verändern die Lastverteilung zusätzlich.
Auch das zeitweise Ablegen von Werkzeugen, Bauteilen oder Montagematerial kann unbeabsichtigte Zusatzlasten erzeugen.
Personen dürfen sich nicht ohne ausdrücklichen statischen Nachweis auf Rohrleitungen oder Rohrhaltern abstützen. Solche nicht vorgesehenen Belastungen können Befestigungen überlasten oder die Rohrleitung beschädigen.
Bei Wartungsarbeiten muss außerdem berücksichtigt werden, ob Bauteile entfernt werden. Wird beispielsweise eine schwere Armatur ausgebaut, kann sich die Lastverteilung innerhalb des Leitungssystems verändern.
7. Wie werden die Belastungen auf mehrere Rohrhalter verteilt?
Die Gesamtlast einer Rohrleitung verteilt sich nicht automatisch gleichmäßig auf alle Halter.
Abstände, Rohrsteifigkeit, Höhenlage, Fertigungstoleranzen und Verformungen der Tragkonstruktion beeinflussen, welcher Rohrhalter welchen Anteil übernimmt.
Ein geringfügig höher liegendes Auflager kann beispielsweise stark belastet werden, während ein benachbartes Auflager kaum Kontakt mit der Rohrleitung hat.
Für die Lastverteilung sind insbesondere folgende Faktoren relevant:
- Spannweite zwischen den Haltepunkten
- Rohrdurchmesser und Wanddicke
- Rohrwerkstoff und Biegesteifigkeit
- Position schwerer Armaturen und Flansche
- Höhen- und Montagetoleranzen
- Steifigkeit von Rohr, Halter und Unterkonstruktion
- Lage von Festpunkten, Führungen und Gleitlagern
- Reibungswerte der Gleitflächen
- Temperatur- und Betriebszustände
- Setzungen oder Verformungen der Tragkonstruktion
Eine reine Division des Gesamtgewichts durch die Anzahl der Halter ist deshalb nur in sehr einfachen Fällen zulässig.
Bei anspruchsvollen Leitungen sollte die Lastverteilung anhand der tatsächlichen Leitungsführung, Lagerung und Verformung berechnet werden.
8. Was bestimmt die erforderliche Tragfähigkeit eines Rohrhalters?
Die Tragfähigkeit muss größer sein als die maßgebende Belastung aus den zu berücksichtigenden Lastfällen und Lastkombinationen.
Dabei sind unter anderem Sicherheitsbeiwerte, Werkstoffkennwerte, Temperatur, Korrosion, Schweißverbindungen, Schrauben und die Tragkonstruktion zu berücksichtigen.
Werkstoff und Temperatur
Mit steigender Temperatur können sich die zulässigen Werkstoffkennwerte verändern. Ein Rohrhalter, der bei Raumtemperatur ausreichend tragfähig ist, kann bei hohen Betriebstemperaturen anders bewertet werden.
Gleichzeitig muss der verwendete Werkstoff zur Umgebung passen. Feuchtigkeit, Chemikalien, salzhaltige Luft oder Reinigungsmedien können Korrosion fördern und den tragenden Querschnitt langfristig reduzieren.
Bei niedrigen Temperaturen muss außerdem geprüft werden, ob der Werkstoff eine ausreichende Zähigkeit besitzt.
Geometrie und Befestigung
Blechdicke, Profilquerschnitt, Schweißnaht, Schraubengröße, Lochabstand, Hebelarm und Verankerung bestimmen gemeinsam die Tragfähigkeit.
Nicht nur der sichtbare Rohrhalter, sondern die gesamte Verbindung bis in den Stahlbau oder Baukörper muss die Last übertragen können.
Ein kräftig ausgeführter Halter ist nicht ausreichend, wenn die angeschlossene Konsole, die Schweißnaht oder die Befestigung im Baukörper schwächer dimensioniert ist.
Belastungsart und Lastwechsel
Eine gleichmäßig wirkende statische Last ist anders zu bewerten als eine stoßartige oder regelmäßig wechselnde Belastung.
Bei dynamischen Kräften können zusätzliche Nachweise gegen Ermüdung, Lockern, Schwingungsbruch oder Resonanz erforderlich sein.
Wie Befestigungselemente grundsätzlich ausgelegt werden, erläutert ergänzend der Beitrag:
https://stebagmbh.de/rohrschellen-berechnen-und-dimensionieren/
9. Welche Angaben werden für die Auslegung benötigt?
Je vollständiger die technischen Angaben sind, desto zuverlässiger kann ein Rohrhalter ausgewählt oder konstruiert werden.
Für eine projektbezogene Anfrage sollten mindestens folgende Informationen vorliegen:
- Rohrwerkstoff
- Außendurchmesser und Wanddicke des Rohres
- Gewicht beziehungsweise Füllzustand des Mediums
- Gewicht und Aufbau der Isolierung
- Betriebs- und Auslegungstemperatur
- Betriebsdruck und besondere Prüfzustände
- Position und Gewicht von Armaturen oder Einbauteilen
- Abstand der geplanten Haltepunkte
- Gewünschte Funktion: tragen, führen, gleiten oder fixieren
- Erwarteter Bewegungsweg in axialer und seitlicher Richtung
- Dynamische Belastungen, Schwingungen oder Druckstöße
- Umgebungsbedingungen
- Erforderlicher Korrosionsschutz
- Anschluss an Stahlbau, Konsole oder Baukörper
- Relevante Normen, Werksnormen oder Kundenvorgaben
Bei Sonderanfertigungen sind zusätzlich Zeichnungen, Einbaumaße, Anschlussdetails und die erforderlichen Prüf- oder Dokumentationsunterlagen sinnvoll.
Die steba GmbH fertigt Rohrhalter für industrielle Anwendungen sowie Sonderausführungen nach Zeichnung, Muster oder projektspezifischen Anforderungen:
https://stebagmbh.de/rohrhalter/
10. Typische Fehler bei der Bewertung von Rohrhalterlasten
Nur das Leergewicht des Rohres ansetzen
Medium, Isolierung, Armaturen und Prüfzustände fehlen in der Berechnung. Dadurch kann die tatsächliche Belastung deutlich unterschätzt werden.
Thermische Bewegung ignorieren
Werden Längenausdehnung und Lagerungsfunktion nicht berücksichtigt, können unzulässige Axialkräfte oder Spannungen entstehen.
Alle Halter gleich belasten
Die tatsächliche Lastverteilung hängt von Steifigkeit, Toleranzen, Einbaulage und Lagerung ab. Nicht jeder Halter übernimmt automatisch den gleichen Lastanteil.
Den Rohrhalter isoliert betrachten
Konsole, Schrauben, Schweißnähte, Verankerungen und Tragkonstruktion gehören zur Lastkette und müssen gemeinsam betrachtet werden.
Dynamische Kräfte wie statische Lasten behandeln
Schwingungen, Stöße und Lastwechsel können zusätzliche Nachweise erforderlich machen, selbst wenn die maximale Einzelkraft vergleichsweise gering ist.
Reibung nicht berücksichtigen
Gleitlager erzeugen Axialkräfte, die auf Führungen und Festpunkte wirken. Der Reibwert der Gleitpaarung beeinflusst daher die Belastung des gesamten Rohrlagersystems.
Korrosion und Temperatur ausblenden
Werkstoffkennwerte und tragender Querschnitt können sich im Betrieb verändern. Die Tragfähigkeit muss für die tatsächlichen Einsatzbedingungen nachgewiesen werden.
Rohrhalter immer als Teil des gesamten Rohrlagersystems auslegen
Rohrhalter müssen sämtliche Kräfte aufnehmen, die ihnen aus dem jeweiligen Lagerungskonzept zugewiesen werden.
Dazu gehören das Gewicht von Rohr, Medium, Isolierung und Armaturen ebenso wie thermische Axialkräfte, Querkräfte, Schwingungen, Druckstöße und äußere Lasten.
Entscheidend ist nicht nur die Höhe der einzelnen Belastung, sondern auch ihre Richtung, Dauer, Häufigkeit und Kombination mit anderen Einwirkungen.
Eine sichere Lösung entsteht erst, wenn Rohrleitung, Rohrhalter, Rohrschelle, Rohrschlitten, Festpunkte, Führungen und Tragkonstruktion gemeinsam betrachtet werden.
Bei hohen Lasten, großen Temperaturunterschieden, dynamischen Belastungen oder besonderen Betriebsbedingungen ist daher eine projektbezogene Auslegung erforderlich.
Weitere Informationen zu den verfügbaren Befestigungslösungen finden Sie auf folgenden Seiten:
https://stebagmbh.de/rohrhalter/
https://stebagmbh.de/rohrschellen/
https://stebagmbh.de/rohrschlitten/
Häufige Fragen zu Belastungen von Rohrhaltern
Welche Hauptlast muss ein Rohrhalter aufnehmen?
Die wichtigste Last ist häufig das Gesamtgewicht aus Rohr, Medium, Isolierung und Einbauteilen. Abhängig von der Lagerungsfunktion kommen axiale und seitliche Kräfte hinzu.
Ein Festpunkt muss beispielsweise andere und meist höhere Kräfte aufnehmen als ein einfaches Auflager oder ein Gleitlager.
Müssen Rohrhalter thermische Ausdehnung aufnehmen?
Ein Rohrhalter muss die aus der thermischen Ausdehnung entstehenden Kräfte entweder aufnehmen oder eine kontrollierte Bewegung ermöglichen.
Gleitlager und Rohrschlitten lassen Längsbewegungen zu, während Festpunkte die auftretenden Axialkräfte übertragen.
Wie wird die Traglast eines Rohrhalters bestimmt?
Die Traglast wird aus den maßgebenden statischen, dynamischen und thermischen Lastfällen sowie den erforderlichen Sicherheits- und Werkstoffnachweisen bestimmt.
Auch Schrauben, Schweißnähte, Konsolen, Verankerungen und die Unterkonstruktion sind in die Bewertung einzubeziehen.
Welche Rolle spielt der Abstand zwischen Rohrhaltern?
Größere Abstände erhöhen die Belastung der einzelnen Halter und die Biegung der Rohrleitung.
Der zulässige Abstand hängt unter anderem von Rohrdurchmesser, Wanddicke, Werkstoff, Füllung, Temperatur und angeordneten Einbauteilen ab.
Muss das Gewicht einer Isolierung berücksichtigt werden?
Ja. Dämmstoffe, Blechummantelungen, Begleitheizungen und mögliche Feuchtigkeitsaufnahme gehören zur ständigen Last der Rohrleitung.
Bei großen Rohrdurchmessern kann das Gewicht der Isolierung einen erheblichen Anteil der Gesamtbelastung ausmachen.
Wann ist ein individueller Rohrhalter erforderlich?
Sonderanfertigungen sind sinnvoll, wenn hohe Lasten, besondere Einbaumaße, große Bewegungswege, aggressive Umgebungen, spezielle Werkstoffe oder projektspezifische Anschlussbedingungen vorliegen.
Auch bei außergewöhnlichen dynamischen Belastungen oder besonderen Dokumentationsanforderungen kann eine individuelle Konstruktion erforderlich sein.