Bei den Berechnungsverfahren zur Ladungssicherung in den genannten Normen bzw. Richtlinien werden vertikale Beschleunigungen nur bedingt berücksichtigt. Untersuchungen haben jedoch bereits gezeigt, dass vertikale Anregungen einen signifikanten Einfluss auf das Verhalten von Ladeeinheiten bei der Ladungssicherungsprüfung haben. In Ländern wie Australien und Kanada werden diese vertikalen Kraftschwankungen durch eine Verringerung des 0,2-Fachen der Erdbeschleunigung berücksichtigt. Um ein tieferes Verständnis für die Auswirkungen von vertikalen Anregungen bei der horizontalen Ladungssicherungsprüfung zu erhalten, wurden im Rahmen einer Versuchsreihe mögliche Einflüsse untersucht und diskutiert. Für die experimentelle Untersuchung stand dem Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Darmstadt der selbst entwickelte, dynamische Schlittenprüfstand HULK zu Verfügung. Der LasiPrüfstand besitzt im Gegensatz zu herkömmlichen Beschleunigungsschlittenprüfständen die Besonderheit, dass neben der horizontalen Verzögerung auch die Möglichkeit einer simultanen vertikalen Anregung des Prüftisches besteht.

Methodik der Untersuchung

In der Grafik sind die einzelnen Schritte der Methodik der Untersuchung visualisiert. Durch Fahrversuche wurden zunächst Messdaten von vertikalen Beschleunigungen gesammelt. Diese Messdaten bildeten die Anregungsamplituden für die späteren Versuche auf dem dynamischen Schlittenprüfstand HULK. Ziel war es, für die mechanische Anregung des Prüftisches Anregungsprofile zu entwickeln, um die gemessenen vertikalen Beschleunigungswerte am Prüfstand umzusetzen. Das Übertragungsverhalten wurde dabei experimentell bestimmt. Basierend auf Fachliteratur wurde eine Klassifizierung von Ladeeinheiten vorgenommen. Durch diese Klassifizierung bestand die Möglichkeit, den benötigten Prüfaufwand zu reduzieren. Detaillierte Untersuchungen an ausgewählten „Stellvertretern“ ermöglichten anschließend weitere Erkenntnisse über die Auswirkungen der vertikalen Anregungen. Im nächsten Schritt erfolgte eine ausführliche Versuchsplanung unter Berücksichtigung der abgeleiteten Stellvertreter der Ladeeinheiten und der Anregungsprofile sowie die Festlegung der notwendigen Messtechnik. Zusätzlich wurden die Versuche chronologisch so angeordnet, dass die Erkenntnisse aus Vorversuchen bereits Optimierungen der detaillierten Versuchspläne ermöglichten. Nach erfolgter Versuchsdurchführung wurden die Ergebnisse ausgewertet und analysiert.

Fahrversuche für reale Werte

Zur Identifizierung vertikaler Anregungen wurden Fahrversuche mit einem TU Darmstadt-eigenen Lkw mit einer Gesamtmasse von 12 t durchgeführt. Hierbei wurden u.a. die Beschleunigungen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgezeichnet. Der Beschleunigungssensor war hierbei direkt an der Stirnwand der Ladefläche montiert, wodurch die Beschleunigungen direkt dort gemessen werden konnten.

Bei den Messfahrten wurden eine Stadtfahrt, eine Autobahnfahrt, mehrere Vollbremsfahrmanöver sowie weitere Fahrmanöver auf dem TU Darmstadt-eigenen Flugplatz durchgeführt und ausgewertet. Die Messfahrten durch die Stadt wiesen positive vertikale Beschleunigungsspitzen bis 8 m/s² sowie negative Beschleunigungsspitzen bis -7 m/s² auf. Dabei waren Einzelereignisse wie Störungen durch den Zustand der Straße nicht auszuschließen. Die bei der Autobahnfahrt aufgezeichneten Beschleunigungsverläufe zeigten geringere vertikale Beschleunigungsspitzen im Vergleich zur Stadtfahrt auf. Hier wurden Werte von maximal 4 m/s² und minimal -3 m/s² erreicht. Unter Vernachlässigung der Beschleunigungsspitzen durch Einzelereignisse schwanken die gemessenen vertikalen Beschleunigungen mit Amplituden von ungefähr 1,5 m/s² um den Nullpunkt. Aus Sicht der Autoren der TU Darmstadt sind diese Einzelereignisse jedoch nicht einfach zu vernachlässigen, da sie in der Realität auftreten und so auch auf die Ladungssicherung einwirken können. Bei den Fahrversuchen erfolgte mit den Ausgangsgeschwindigkeiten 40 km/h, 60 km/h und 80 km/h eine Vollbremsung des Lkw bis zum Stillstand. Bei der Vollbremsung aus 80 km/h kam es zum geringsten Wert der negativen Beschleunigungsamplitude von weniger als -5,5 m/s² und einer maximalen positiven Beschleunigungsamplitude von über 10 m/s². Unabhängig von der Ausgangsgeschwindigkeit wurde stets ein abklingendes Schwingungsverhalten der vertikalen Beschleunigung mit einer Frequenz von im Mittel 1,9 Hz beobachtet. Schwingungen im Frequenzbereich zwischen 1 und 2 Hz sind so genannte Aufbauschwingungen, die durch Fahrbahnunebenheiten bzw. bei einer Vollbremsung durch das „Nicken“ des Fahrzeugaufbaus angeregt werden. Aus den Fahrversuchen folgt, dass negative vertikale Beschleunigungen mit Amplituden von weniger als -5 m/s² auftreten können. Bei den Vollbremsmanövern wurde eine abklingende Beschleunigungsschwingung mit der Frequenz der Aufbauschwingung gemessen. Das arithmetische Mittel der negativen Beschleunigungsamplituden von -3,35 m/s² entspricht einer Reduktion der wirkenden Erdbeschleunigung um mehr als 0,34 g, was also einer prozentualen Verminderung um 34 Prozent der Erdbeschleunigung g entspricht. Die beobachteten vertikalen Beschleunigungsschwingungen beim Fahrmanöver Vollbremsung sind künftig hinsichtlich des Fahrzeugtyps, der Fahrbahnunebenheiten, der Ausgangsgeschwindigkeit, der Beladung und weiteren Faktoren zu untersuchen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die festgestellten Variationen in den Beschleunigungsamplituden gemäß der Ursache zuzuordnen. Da es sich bei den Fahrmanövern um WorstCaseSzenarien in Gefahrensituationen handelt, wurde für die Erstellung der Anregungsprofile des HULK eine negative Beschleunigungsamplitude von -4 m/s2 angestrebt. Außerdem war auch das beobachtete abklingende Schwingungsverhalten durch den Prüfstand abzubilden.

Anregungen am Prüfstand

Im Folgenden wird der vertikale und horizontale Beschleunigungsverlauf am Prüfstand betrachtet. Hierbei wird auch ein Vergleich zwischen den am Prüfstand darstellbaren Beschleunigungen und der beim Fahrmanöver Vollbremsung gemessenen Beschleunigungen durchgeführt. Grundlagen + Forschung Der neuartige Prüfstand wurde am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Darmstadt entwickelt und aufgebaut, um zum einen die relevanten Transportbelastungen (horizontal und vertikal) simultan und in ausreichender Länge abzubilden und zum anderen die wesentlichen Messgrößen (Rückhaltekräfte, Ladungsbewegung, -verformung usw.) aufnehmen zu können. Hiermit wurde die Grundlage geschaffen, um künftig Ladungssicherungssysteme systematisch zu optimieren und die stark vereinfachten Annahmen der gültigen Vorschriften aus dem Bereich Ladungssicherung vollständig und reproduzierbar hinsichtlich ihrer Gültigkeit zu untersuchen. Mit HULK lassen sich zusätzlich Ladungssicherungsprüfungen nach EUMOS-Richtlinie 40509 durchführen. Der Prüfstand und das Prüfverfahren mit simultaner horizontaler und vertikaler Anregung sind patentiert (EP2993457B1). Leistungsdaten: u Horizontale und vertikale Beschleunigung jeweils bis zu ± 10 m/s², u Beschleunigungsdauer: bis zu 0,4 s (bei maximaler Beschleunigung), u Ladefläche mit den Maßen 2,40 x 2,50 Meter, u Nutzlast bis zu 3.000 kg. Messdaten: –horizontale und vertikale Beschleunigungen, –Rückhaltekräfte per Dehnmessstreifen, Kraftsensoren, –Ladungsbewegung und -verformung per kamerabasiertem optischem Messsystem (2D/3D). Hydraulisches Untersuchungswerkzeug für Ladungssicherungs-Konzepte (HULK) Von A nach B mit ! Heben und Transportieren – seit über 85 Jahren wird‘s sicher mit wie Dolezych. www.donova.info Mit der textilen Zurrkette ist das Sichern schwerer Lasten das reinste Vergnügen! Die leichte Kette ist stark wie Stahl, verschleißfest, kinderleicht im Handling und schonend zur Ladung! 80% leichtere Kette = 100% glückliche Fahrer! Dekra-zertifiziert dolezych_anz_donova_powerlash+dyneemakette_90x135mm+dekra_18_03_20 Fotos/Grafiken: TU Darmstadt 8 sichere ladung 2019 In der Grafik unten sind die beiden Beschleunigungsverläufe einer Versuchsfahrt des Prüftisches dargestellt. Bei der Betrachtung des horizontalen Beschleunigungsverlaufs wird dort zunächst der Prüftisch auf seine maximale Geschwindigkeit beschleunigt (siehe Markierung I). Diese Beschleunigung dient ausschließlich dazu, erstmal die zur Prüfung erforderliche Geschwindigkeit des Prüftisches aufzubauen. Aus diesem Grund ist diese Beschleunigung betragsmäßig zu minimieren bzw. die Ladung entsprechend so abzusichern, dass die Beschleunigungsphase keine negativen Auswirkungen auf die Ladung hat wie etwa Setzungserscheinungen bei Schüttgut. Nach der Beschleunigungsphase erfolgt der Aufbau der Prüfbeschleunigung (II), diese Phase wird auch als Beschleunigungsgradient oder „Ruck“ bezeichnet. Der Beschleunigungsgradient gibt dabei die Änderung der Beschleunigung pro Zeiteinheit an. Frühere Fahrversuche und Simulationen haben gezeigt, dass der über die Zeit gemittelte Gradient der Beschleunigung bei dem Fahrmanöver Vollbremsung bei zirka 30 m/s³ lag. Auch eine Auswertung des Fahrmanövers Vollbremsung bestätigte dieses Ergebnis. Die dabei festgestellten Gradienten der Beschleunigung lagen zwischen 25 m/s³ und 35 m/s³. Dagegen wird in der Richtlinie EUMOS 40509 ein Erreichen der Prüfbeschleunigung in 50 ms gefordert, was einem Beschleunigungsgradienten von 157 m/s³ bei einer Prüfverzögerung von 7,85 m/s² entspricht. Da zu den Einflüssen des Beschleunigungsgradienten keine empirischen Studien vorlagen und der Wert aus der EUMOS-Richtlinie unbegründet bleibt, wurde im Rahmen dieser Arbeit angestrebt, einen Beschleunigungsgradienten von 30 m/s³ beim Erreichen der Prüfbeschleunigung zu erzielen. Markierung III (siehe Grafik) zeigt die Verzögerungsphase des Prüfschlittens mit der Prüfbeschleunigung. Als Folge des festgestellten Schwingungsverhaltens bei dem Fahrmanöver Vollbremsung besteht die Forderung, die Untersuchungen der Auswirkung von vertikalen Anregungen am Prüfstand ebenfalls mit der in DIN 12195- 1 geforderten Prüfverzögerung des Fahrmanövers von 7,85 m/s² durchzuführen. Außerdem wird gemäß EUMOS 40509 eine Einwirkzeit von mindestens 300 ms für die zu prüfende Beschleunigung vorausgesetzt. Neben der horizontalen Beschleunigung ist in der Grafik auch der vertikale Beschleunigungsverlauf dargestellt. Markierung 1 stellt dabei die vertikale Anregung durch das Überfahren des Anregungsprofils dar. Nach der Anregung erreicht die vertikale Beschleunigung eine negative Amplitude (Markierung 2), was einer Verminderung der wirkenden Erdbeschleunigung g entspricht. Markierung 3 zeigt analog zu Markierung 1 eine Erhöhung der Erdbeschleunigung g durch die positive Amplitude in der vertikalen Beschleunigung. Außerdem ist zu erkennen, dass sowohl die erhöhte als auch die verminderte Erdbeschleunigung in der Phase der maximalen Verzögerung liegen. Der Prüfstand schwingt in vertikaler Richtung mit abklingender Amplitude. Dieses Verhalten ist ähnlich dem der vertikalen Beschleunigungsverläufe der Vollbremsmanöver. Unterschiede herrschen in den gemessenen Frequenzen der Schwingungen. Im Fahrversuch liegen diese bei 1,9 Hz, wohingegen die des Prüfstands zirka 3,5 Hz betragen. Durch die höhere Schwingungsfrequenz des Prüftisches waren die Phasen einer erhöht bzw. vermindert wirkenden Erdbeschleunigung kürzer im Vergleich zu den Fahrversuchen, wodurch die Phasen einer verminderten Reibkraft ebenfalls kürzer ausfielen. Dennoch stellt der vertikale Beschleunigungsverlauf eine gute Näherung an die bei den Fahrversuchen festgestellten maximalen positiven Amplituden dar. Die Verzögerungsphase des Prüfstandes ist aufgrund seiner begrenzten Baugröße mit etwa 300  ms kürzer als die gemessene Verzögerungsphase bei den Fahrversuchen. Dennoch wird in der Phase der maximalen Verzögerung eine vollständige vertikale Schwingungsperiode durchlaufen.

Klassifizierung von Ladeeinheiten

Ziel der Klassifizierung von Ladeeinheiten war es, die Anzahl der zu untersuchenden Ladeeinheiten zu reduzieren, jedoch gleichzeitig möglichst viele Rückschlüsse auf andere Ladeeinheiten mit ähnlichen Eigenschaften ziehen zu können. Dazu wurde zunächst der Aufbau einer Ladeeinheit mit den einzelnen Komponenten betrachtet. Eine Ladeeinheit besteht in der Regel aus einem oder mehreren Packgütern (Stückgut, Schüttgut, Flüssigkeit oder Gas). Die Packgüter sind durch eine geeignete Wahl von weiteren Komponenten so zu einer Ladeeinheit zusammenzufassen, dass die Handhabungsvorgänge bei Transport und Lagerung gewährleistet sind. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Packgüter unter der Verwendung von Packmitteln wie Kartonagen zu verpacken oder zu umhüllen. Weiterer Bestandteil der Ladeeinheit sind die Ladehilfsmittel (LHM). Diese lassen sich unterteilen in: Grundlagen + Forschung Beschleunigungsverlauf des HULK-Prüftisches mit relevanten Kenngrößen sichere ladung 2019 9 u tragende LHM (Einweg- oder Mehrwegpaletten) u umschließende LHM (Behälter, Holzaufsetzrahmen Gitter-, Cargo- und Palettenboxen) und u abschließende LHM (Intermediate Bulk Container, Fässer, Kanister oder Bigbags). Um die Packgüter auf den Ladehilfsmitteln zu sichern, besteht die Möglichkeit unterschiedliche Ladeeinheitensicherungen wie Stretch- oder Schrumpffolien, Antirutschmatten oder -papiere und Kantenschutzwinkel zu verwenden. Diese sind nicht mit der Ladungssicherung auf der Ladefläche zu verwechseln, sondern dienen vielmehr dazu, die Packgüter auf den Ladehilfsmitteln zu sichern.

Aus der großen Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten von Ladegütern, Ladehilfs- und Sicherungsmitteln folgte, dass durch den zeitlich begrenzten Umfang der Untersuchung nur eine Überprüfung von ausgewählten Ladeeinheiten zur Identifizierung der Auswirkung von vertikalen Anregungen möglich war. Deshalb wurde eine Klassifizierung anhand der Verformbarkeit der Ladeeinheiten vorgenommen. Hierfür wurde in starre und flexible Ladeeinheiten unterschieden. Als starr werden diejenigen Ladeeinheiten bezeichnet, bei denen keine bzw. nur eine geringe äußere Verformung durch die Prüfbeschleunigung und damit verbundene Trägheitskräfte zu erwarten ist. Dazu gehören zum einen Packgüter in umschließenden Ladehilfsmitteln wie Gitter- oder Cargoboxen, zum anderen starre Packgüter, die auf tragenden Ladehilfsmitteln fixiert sind. Als flexibel werden Ladeeinheiten bezeichnet, bei denen aufgrund der Prüfbeschleunigung ein flexibles oder plastisches Verhalten zu erwarten ist. Dazu gehören beispielsweise Ladegüter, die durch Folien gesichert sind. Eine Zuordnung in eine der beiden Klassen ist oft nicht eindeutig möglich, dennoch bot diese Klassifizierung eine Grundlage für die Untersuchung der Auswirkungen von vertikalen Anregungen. Besonders die starren Ladeeinheiten boten dabei die Möglichkeit, grundlegende Untersuchungen durchzuführen, da der zusätzliche Freiheitsgrad der Verformung nicht auftritt. Unter der Annahme, dass die Verzögerungsprüfung zu keiner Veränderung der Form und Eigenschaften der Ladeeinheit führt, lassen sich Rückschlüsse auf die verwendete Sicherungstechnik ziehen. Eine Verzögerungsprüfung von flexiblen Ladeeinheiten dagegen gibt Rückschlüsse über die Ladeeinheit selbst bzw. deren Kombination mit der verwendeten Ladungssicherungstechnik. Diese Versuche eigneten sich hier nicht, da durch die unterschiedlich auftretenden Verformungen keine ausreichende Reproduzierbarkeit gegeben ist. Für die Untersuchung der Auswirkungen von vertikalen Anregungen auf die unterschiedlichen Sicherungstechniken wurde deshalb eine starre Forschungsladeeinheit verwendet, die am Fachgebiet Fahrzeugtechnik an der TU Darmstadt speziell für die Versuchsreihe entwickelt wurde. Die Research Cargo Unit (RCU) ließ sich mit allen gängigen Sicherungsmethoden auf dem HULK sichern, Masse und Schwerpunkthöhe waren veränderbar.

Versuche im HULK

Im Folgenden werden die Planung und die Durchführung der Versuche mit der Research Cargo Unit im dynamischen Schlittenprüfstand HULK erläutert. Um grundlegende Einflüsse durch die vertikalen Anregungen bei der horizontalen Ladungssicherungsprüfung zu ermitteln, wurden zunächst Versuche mit drei unterschiedlichen Sicherungsarten durchgeführt. Hierbei wurden jeweils verschiedene Parameter variiert, um deren Einflüsse zu ermitteln. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse wurden im Anschluss Versuche mit weit verbreiteten Standard Ladeeinheiten durchgeführt. Die variierten Parameter der Versuche mit der Forschungsladeeinheit sind im Folgenden aufgelistet: u mit Sperrbalken blockierte RCU: Vertikale Anregung (ohne/ mit), Reibwert (0,3/0,5) Ladelücke (0  mm/20  mm), Masse der RCU (398 kg/595 kg) u Niederzurren der RCU: Vertikale Anregung (ohne/mit), Reibwert (0,3/0,5), Zurrhöhe (772  mm/1.400  mm), Änderung der Zurrwinkel u RCU ohne Sicherung: Vertikale Anregung (ohne/mit)

Mit Sperrbalken blockierte RCU In dieser Versuchsreihe wurden die Auswirkungen der vertikalen Anregung bei der Sicherungstechnik Blockieren untersucht, bei der die Ladung durch eine formschlüssige Sicherung an ihrer Bewegung gehindert wird. Durch die vertikale Anregung war eine verminderte Reibkraft zu erwarten. Da die Sicherungswirkung der Reibkraft beim Blockieren berücksichtigt wurde, bestand die Möglichkeit, dass durch die vertikale Anregung eine größere Blockierkraft durch die Blockiervorrichtung aufzubringen war. Um dies zu überprüfen wurde die Research Cargo Unit mit dem DMS-Sperrbalken gegen Verrutschen gesichert, was die Möglichkeit bot, die Blockierkraft zu messen und dadurch Erkenntnisse auf einen möglichen Einfluss von vertikalen Anregungen zu erhalten. In den Grafiken oben ist der Versuchsaufbau „Blockieren mit Sperrbalken“ dargestellt. Dabei wurde die Bewegung der RCU (1) mit dem DMS-Sperrbalken (2) in x-Richtung blockiert. Der Sperrbalken wurde auf einer Höhe von zirka 1,0 Metern angebracht. Rückseitig wurde die RCU (1) mit einem weiteren Sperrbalken (3), der auf der Höhe der Palette der RCU angebracht ist, gegen ein Verrutschen während des Beschleunigungsvorgangs gesichert. Durch die rückseitige Sicherung wurde das Entstehen von Ladelücken verhindert, die zu einem undefinierten Abstand zwischen der RCU und dem DMS-Sperrbalken führen. Ladelücken führen zu einer verringerten Beanspruchbarkeit von Sicherungsmitteln. Die Ladelücke (4) wurde mit 0  mm bzw. 20  mm eingestellt. Der Reibwert zwischen Ladefläche des Prüftisches und der RCU ließ sich durch die Verwendung von Antirutschmatten variieren. Niederzurren der RCU In einer weiteren Versuchsreihe wurde der Einfluss der vertikalen Anregung bei der Sicherungstechnik des Niederzurrens untersucht. Anders als beim Blockieren ist die Sicherungswirkung beim Niederzurren von der eingestellten Vorspannkraft der Zurrmittel abhängig. Diese wurde für die Versuche anhand der in DIN EN 12195-1:2010 beschriebenen Berechnungsvorschrift berechnet. Die benötigte Sicherungswirkung ist dabei maßgeblich von dem für die Berechnung verwendeten Reibwert abhängig. In den Grafiken unten links ist der Versuchsaufbau dargestellt. Die RCU (1) wurde in Prüfrichtung (x-Richtung) längs ausgerichtet auf der Ladefläche des Prüftisches platziert. Zur Sicherung wurde die RCU mit zwei Zurrgurten (2) mit einer Breite von 50 mm sowie je einer Zugratsche (3) auf der Ladefläche des Prüftisches niedergezurrt. Um die Vorspannkraft der Zurrgurte einzustellen, wurden vier Kraftmessdosen (4) verwendet, die zwischen den Anschlagpunkten am Prüftisch und den freien Enden der Zurrgurte angebracht wurden. Um die RCU rückseitig gegen eine Verschiebung während der Beschleunigungsphase zu sichern, wurde ein Sperrbalken (5) auf der Höhe der Palette der RCU angebracht. Zusätzlich wurde eine zweite niedrigere Höhe für die Überspannung der Zurrmittel eingestellt. RCU ohne Sicherung Im letzten Versuch mit der RCU wurde diese ohne zusätzliche Sicherung auf der Ladefläche des HULK platziert. Anschließend wurde sie mit und ohne vertikale Anregung verzögert und die Verschiebung der RCU gemessen, die hier das Qualitätsmerkmal darstellt. Der Versuchsaufbau mit der RCU (1) ist in der Grafik unten rechts dargestellt. Zur rückwärtigen Sicherung der RCU während der Beschleunigungsphase wurde wieder ein Sperrbalken (2) verwendet. Dieser wurde so angebracht, dass die RCU mittig auf der Ladefläche des Prüftisches steht. Zwischen jedem Versuch wurde die Differenz zwischen der Anfangsund Endposition (∆wx) der RCU betrachtet. Hierzu wurde die RCU nach jedem Versuch wieder auf ihrer Ausgangslage positioniert. Zwischen der an der RCU befestigten Europalette und der Ladefläche waren drei Antirutschmatten unter jedem Fuß der Europalette untergelegt.

Ergebnisse

Die Versuchsergebnisse der Versuchsreihen mit der RCU zeigen, dass die vertikale Anregung Auswirkungen bei der horizontalen Ladungssicherungsprüfung hat. In der Tabelle unten ist eine Übersicht der Ergebnisse der drei Versuchsreihen mit der RCU dargestellt. Bei der Versuchsreihe mit der Sicherungstechnik Blockieren wurde ein hoch signifikanter Effekt der vertikalen Anregung festgestellt, der im Mittel zu einer Steigerung der Blockierkraft um bis zu 18 Prozent führte. Außerdem wurden ebenfalls hoch signifikante Wechselwirkungen des Reibwerts bzw. der Ladelücke mit der vertikalen Anregung festgestellt. Der größte Effekt der vertikalen Anregung wurde bei der Verwendung von Antirutschmatten zwischen der RCU und dem Prüftisch sowie der Faktorstufeneinstellung „ohne Ladelücke“ gemessen. Unter dieser Einstellung wurde eine Zunahme der Blockierkraft von bis zu 44 Prozent beobachtet. Eine Wechselwirkung zwischen der Masse der RCU und der vertikalen Anregung wurde nicht festgestellt. Bei der Niederzurr-Versuchsreihe wurde in der direkten Platzierung der RCU auf der Ladefläche des Prüftisches, d.h. ohne die Verwendung von Antirutschmatten, keine Verschiebung beobachtet. Bei der Verwendung von Antirutschmatten in Kombination mit sich aus den Berechnungsvorschriften ergebenen geringeren Vorspannkräften wurde dagegen eine Zunahme der Verschiebung im Mittel um 11,7 mm durch die vertikale Anregung gemessen. Eine Wechselwirkung der vertikalen Anregung mit der Zurrhöhe wurde nicht festgestellt. In einer letzten Versuchsreihe wurde die Verschiebung der RCU ohne Sicherung betrachtet. Hierbei wurde eine im Mittel um 7 Prozent zusätzliche Verschiebung der RCU durch die vertikale Anregung gemessen. Auch dieser Effekt war signifikant.

Fazit

Im Rahmen dieser Untersuchung wurden durch experimentelle Versuche die Auswirkungen von vertikalen Anregungen bei der horizontalen Ladungssicherungsprüfung untersucht. Hierzu wurde als Untersuchungswerkzeug der Beschleunigungsschlittenprüfstand HULK genutzt, der neben der horizontalen Verzögerung auch eine simultane vertikale Anregung zulässt. Für die Untersuchungen wurde die vertikale Anregung des Prüfstands an das beobachtete vertikale Schwingungsverhalten bei einer Lkw-Vollbremsung angepasst. Mit Hilfe der eigens entwickelten starren Forschungsladeeinheit wurden Versuche durchgeführt, um den grundlegenden Einfluss vertikaler Anregungen bei ausgewählten Sicherungstechniken zu untersuchen. Als Bewertungskriterien wurden die Rückhaltekräfte bzw. die Verschiebungen der Ladeeinheit gemessen. Dabei wurde sowohl beim formschlüssigen Sichern durch Blockieren als auch beim kraftschlüssigen Sichern durch Niederzurren signifikante Effekte durch die vertikale Anregung festgestellt. Diese Effekte waren besonders groß bei Verwendung von Antirutschmatten zur Erhöhung des Reibwertes zwischen Ladeboden und Palette der Ladeeinheit. Auch ohne Sicherungsmittel gab es eine deutliche Verschiebung der Ladeeinheit. Die Ergebnisse der Prüfstands-Untersuchungen haben gezeigt, dass die vertikale Anregung einen Einfluss insbesondere auf die Sicherungswirkung der in DIN 12195-1 verwendeten Sicherungstechniken hat. Aus diesem Grund ist aus Sicht der Autoren eine Beachtung der vertikalen Anregungen auch im Bereich des Straßentransports anzuraten. Dies wird in anderen Ländern bereits berücksichtigt, Deutschland beschränkt sich hier derzeit auf den Bahn- und Schiffsgütertransport. Im Rahmen von Ladungssicherungsprüfungen auf dynamischen Schlittenprüfständen ist nach Einschätzung der Autoren eine simultane vertikale Anregung notwendig, um eine realistischere Beanspruchung der Ladung zu erhalten. Alternativ ist bei einer Prüfung ohne vertikale Anregung eine Erhöhung der auf die Ladung wirkende Beschleunigung zur Generierung äquivalenter Belastungen denkbar. Hierzu sind in Zukunft jedoch noch weitere Untersuchungen nötig

Rechtliche Anforderungen

Folgende sind die wichtigsten rechtlichen Regelungen in Bezug auf die Ladeeinheitenbildung. u §411 HGB: „Der Absender hat das Gut, soweit dessen Natur unter Berücksichtigung der vereinbarten Beförderung eine Verpackung erfordert, so zu verpacken, dass es vor Verlust und Beschädigung geschützt ist und dass auch dem Frachtführer keine Schäden entstehen ...“ u §427 HGB: Durch die hier aufgeführten „besonderen Haftungsausschlussgründe“ wie etwa eine ungenügende Verpackung durch den Absender geht ein Schaden nicht zu Lasten des Frachtführers. Im internationalen Frachtrecht findet man einen ähnlichen Wortlaut zur Haftungsbefreiung des Frachtführers bei Verpackungsmängeln in Art. 17 Abs. 2 CMR. Aus diesen, schon lange bestehenden Regelungen des Zivilrechts ergibt sich, dass der Frachtführer für die Verpackungsqualität, zu der thematisch auch die Ladeeinheitenbildung gehört, keinen Einfluss hat. Es kann ihm im schlechtesten Fall nur eine Teilverantwortung zugeordnet werden, wenn offensichtliche Verpackungsmängel bereits bei der Verladung erkenntlich sind. Wichtig ist es daher bei Kontrollen, die Verantwortung für Ladungssicherungsmängel, die aus der Ladeeinheiten resultieren, eben nicht an den Fahrer zu adressieren. u Unterabschn. 7.5.7.1 ADR: Neben einigen allgemeinen Vorgaben, dass Gefahrgüter durch geeignete Mittel zu sichern und Hohlräume aufzufüllen sind, wird hier auf die EN 12195-1:2010 als verbindliche Norm verwiesen. Mit dem ADR/RID 2019 wird in einer Fußnote erstmals auch auf den CTU-Code (Code of Practice for Packing of Cargo Transport Units) als Leitfaden verwiesen, der für den Seeverkehr schon seit Jahren verbindlich ist (auch im IMDG-Code selbst finden sich indes in 7.3.3.6 nur einige allgemeine Regeln). Der CTU-Code enthält in Kapitel 9 konkrete Anleitungen für das Verladen nicht gefährlicher Waren in Güterbeförderungseinheiten sowie in Kapitel 10 zusätzliche Hinweise für gefährliche Güter. Beachtet der Anwender die für den Straßenverkehr geforderte EN 12195-1:2010, wird er sich bei der Sicherung starrer Versandstücke wie Metall-IBC mittels kraftschlüssiger Verfahren („Niederzurren“) nach den kalkulatorischen Auslegungen der Norm sicher gut zurechtfinden. Geht es jedoch um die Ladungssicherung weiterer chemietypischer Verpackungen wie Kunststoff-Fässer, -Kanister oder Kombinations-IBC kommt man bereits an die physikalischen Grenzen der Packmittel. Hier wird man von den kraftschlüssigen Verfahren der EN 12195-1 zu den formschlüssigen Verfahren oder zumindest Kombinationen hieraus wechseln müssen. Es ist physikalisch hier nur bedingt möglich, die erforderlichen Vorspannkräfte oder auch die Blockierkräfte sicher in die Verpackungen einleiten zu können. Dies ist die Schnittstelle, wo nun eine wirksame Ladeeinheitenbildung auf unterschiedlichste Art und Weise erforderlich ist.

Normen, Richtlinien, Prüfstandards

Die Prüfung von Ladeeinheiten ist normativ noch in einem jungen, nicht ausgereiften Stadium. Jedoch ist die Fachdiskussion hierüber nahezu in allen Arbeitskreisen und bei allen Experten im vollen Gange. Die Ladungssicherung entwickelte sich historisch natürlich aus dem Interesse heraus, Ladungen auf Fahrzeugen so zu sichern, dass diese nicht herabfallen oder geschädigt werden. Hieraus entstand vor mehr als 50 Jahren die Basis für eine Berechnungsrichtlinie zum Niederzurren aufgrund Transport + Logistik Fotos: Eurosafe Hobbocks als optimierte Ladeeinheiten mit Formschluss Der Anfang der Ladungssicherung transportvorbereitung – Der Artikel beschreibt die Prüfung von Ladeeinheiten in palettierter Form. Im Besonderen wird dabei auf Gefahrgutladungen eingegangen. Von Wolfgang neumann, Maximilian Herold und Moritz Lippert Wolfgang Neumann ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Verpackung und Ladungssicherung. Maximilian Herold (oben) und Moritz Lippert (unten) sind wissenschaftliche Mitarbeiter an der TU Darmstadt, Fachgebiet Fahrzeugtechnik. gefährliche ladung 09/2019 21 der Annahmen eines Entwicklungsingenieurs aus der Automobilbranche. Versetzt man sich in diese Zeit zurück – dies gilt auch für die nahezu parallel verlaufene Grundlagenentwicklung in der damaligen DDR – so muss man sich vor Augen halten, dass damals nur sehr begrenzte Mittel für die Messtechnik bei Fahrversuchen verfügbar waren. Dies waren beispielsweise am Fahrzeugäußeren angebrachte Pendel zur Messung der Beschleunigungen, die bei einem Ausschlag auf zirka 40° eine Beschleunigung von rund 8m/s2 (0,8g) bei Blattfederung angezeigt haben. Da die vertikalen Schwingungseinflüsse nicht messbar waren, man aber wusste, dass diese vorhanden waren, wurde die Reibung sicherheitshalber nur mit dem Gleitreibwert angenommen. Aus diesem pragmatischen Ansatz entstand später das Grundlagenwerk VDI 2700. Es folgte vor etwa 15 Jahren die erste europäische Normfassung (EN 12195-1:2004) mit nahezu gleichem Inhalt. Heute lässt sich bei Fahrversuchen anhand hochsensibler Triaxial-Beschleunigungssensoren jede kleinste Bewegung nachweisen – und das bereits beim Stillstand vor Beginn der Fahrversuche. So ist es möglich, viele Faktoren, etwa auch die Verdrehung der Ladeflächen bei Ausweichmanövern, viel besser kennenzulernen als es in den Startjahren der Ladungssicherungs-Richtlinienarbeit der Fall war. Schon seit Längerem akzeptiert man im deutschsprachigen Raum nahezu durchgängig, dass Ladungssicherung notwendig ist und dies auch in Richtlinien und Normen entsprechend veröffentlicht wird. Jedoch gibt es stetig große Diskussionen um Details, zum Beispiel ob nun der Haftreiboder der Gleitreibwert bei der Berechnung der Rückhaltekräfte einzusetzen ist. Dabei führen gerade die verschiedenen Erfahrungen und Sichtweisen von Fachleuten zu einem Wissenszuwachs. So stellte die TU Darmstadt in ihren neuesten wissenschaftlichen Untersuchungen fest, dass die vertikal eingebrachten Kräfte auf Ladeeinheiten einen bisher nicht viel beachteten, aber nicht vernachlässigbaren Einfluss haben (siehe Kasten unten). Die USA und insbesondere Australien haben bereits seit Jahren Werte für die auftretenden vertikalen Beschleunigungen angegeben (Australien mit 0,2g). Die von der TU Darmstadt und Eurosafe gemessenen Werte liegen ebenso im Bereich von 0,2g. Dies könnte ein Ansatz sein, die jetzigen Berechnungsnormen in den nationalen und internationalen Gremien erneut zu diskutieren. Die VDI-Richtlinienreihe 3968 für die Sicherung von Ladeeinheiten steht mit ihren Blättern 1 bis 6 für Schrumpfen, Stretchen, Bändern usw. sowie den organisatorischen Verfahren bereits seit Langem zur Verfügung. Wie eine Ladeeinheit dimensioniert werden muss, findet man jedoch nur ansatzweise wieder. Die Vielfalt von Ladeeinheiten verhindert standardisierte Aussagen.

Neigungsprüfung nach EN 12195-1

Die Neigungsprüfung nach Anhang B.1.2 der Berechnungsnorm EN 12195-1, die der Ermittlung des Reibbeiwertes zwischen Ladung und Ladefläche dient, wird häufig auch als Ladeeinheitenprüfung verstanden. Ob die Ergebnisse der statischen Prüfung auch unter dynamischen Einflüssen verlässlich sind, darf hinterfragt werden. Die Beobachtungen des Autors lassen dies nicht ohne Weiteres zu. Immerhin: Bei palettierten Produkten mit einer Ladeeinheitenhöhe bis 1,30 Meter (einschließlich Palette) und mit Verpackungen aus der Chemischen Industrie lassen sich weitgehend verlässliche Erkenntnisse gewinnen. Überschreitet man jedoch diese Höhe deutlich, so beginnen je nach Nachgiebigkeit und Tragfähigkeit der Gefahrgutverpackungen die Paletten zu kippen, bevor diese ihre Reibwirkung innerhalb des Stapels und zwischen Palette und der untersten Verpackungslage zeigen können. Daher eignet sich der Neigungstest bei hohen „Palettentürmen“ weniger und bringt ein kaum verwertbares Ergebnis. Unterstützt man jedoch diese hohen Paletten zum Beispiel mit einem Zurrmittel, damit diese eben nicht kippen, so handelt es sich fachlich wieder um ein Verfahren der Ladungssicherung und entspricht nicht mehr dem Neigungstest zur Feststellung der Reibung auf der Palette gemäß Norm. Hier kommt es oft zu Verwechselungen und Irritationen.

Dynamischer Schlittentest

Aktuell stehen Prüfstandards wie EUMOS 40509 (Test method for load unit rigidity) oder die kommende prEN 17321 (Transportstabilität von Packstücken – Mindestanforderungen und Prüfungen) im Fokus, die sich mit dynamischen Prüfungen befassen. Betrachtet man die beiden Prüfansätze, so haben sie einen wichtigen gemeinsamen Punkt: Sie haben beide das Ziel, bezüglich der Ladeeinheitenbildung eine reproduzierbare Prüfung abzubilden. Dabei gibt es Prüfparameter, die von den jeweiligen Normungsgremien derzeit unterschiedlich bewertet werden. Unterschiede gibt es etwa bei der Einwirkzeit der Beschleunigungen: diese wird in der prEN 17321 mit 1.000 Millisekunden (ms) angegeben, bei EUMOS 40509 liegt sie bei 300 ms. Der Lastwechsel liegt in der EUMOS 40509 bei 50ms, in der prEN 17321 gibt es noch keinen Wert. Der Lastwechsel zwischen Beginn und Ende der Beschleunigung ist physikalisch ein sehr intensiver Moment, der auf die zu prüfende Ladeeinheit wirkt. Man kennt dies aus den eigenen körperlichen Erfahrungen, wenn öffentliche Verkehrsmittel bis zum Stillstand bremsen. Welcher genauer definierte Wert denn für eine Prüfung der richtige ist, wird die Experten ebenso wie die Diskussion über die Reibwerte noch weiter beschäftigen. Man muss im Auge behalten: auch dies ist zweitrangig. Erstrangig ist die Reproduzierbarkeit von Prüfungen, mit welchen Parametern auch immer. Erst dann können aus einer Prüfung Rückschlüsse gezogen werden, wie etwa Foliensysteme oder Bänder zu dimensionieren sind und welche Verfahren überhaupt zum Einsatz kommen. Hier befindet man sich bereits im Bereich der Verpackungsentwicklung und weniger im Bereich der Ladungssicherung, erstere stellt einen zentralen Teil der Ladeeinheitenentwicklung dar. Die dynamische Schlittenprüfung gibt es im Bereich der Verpackungsprüfung schon lange. Neu sind die Angaben zum zulässigen Versatz gemäß EUMOS 40509: dieser darf maximal 60 Millimeter auf 1,20 Meter Höhe der Ladeeinheit betragen. In einer Höhe von 0,20 Metern (Palettenfuß) werden 40 Millimeter als maximale Versatzbewegung angegeben. Es gibt aber auch Verpackungen, die sich nicht so leicht messen lassen, wenn es um eine Versatzbewegung, hier als Deformierung bezeichnet, etwa FIBC bzw. Bigbags. Diese werden in diesem Artikel nicht näher behandelt, Ergebnisse hierüber werden später publiziert. Es sei für Gefahrgüter nur verwiesen auf Nr. 7-9 DurchführungsrichtlinienGefahrgut (RSEB), die Verformungen zulassen, wenn es nicht zu Verpackungsbeschädigung und Gefahrgutaustritt kommt. Aus sachverständiger und aus physikalischer Sicht ist keiner der genannten Grenzwerte hundertprozentig belastbar, da der Versatz und die Bewegung der Ladeeinheit individuell zu bewerten sind. In Prüfstandards sind lediglich Maximalwerte festgelegt. Es ist also immer eine Bewertung der jeweiligen Gefährdung durch qualifizierte Sachverständige vorzunehmen, die außer in Ladungssicherung auch im Bereich der Verpackungstechnik ausreichende Kenntnisse haben müssen.

Fahrdynamische Untersuchungen

Die fahrdynamische Untersuchung ist immer eine Herausforderung für den Fahrzeugaufbau. Dieser muss den Belastungen so widerstehen, dass nach einem Ausweichmanöver oder einer Kurvenfahrt die gesamt zulässige Fahrzeugbreite gemäß §32 StVZO (2,55 Meter) nicht überschritten wird. Hier ist entscheidend, wie sich die Ladeeinheiten insbesondere in Planen-Aufbauten verhalten. Zunehmend zeigen sich bei den Fahrzeugaufbauten technische Lösungen, die diesen Kräften wirksam widerstehen können. Auch hier stellt sich wie bei den Verpackungsversatzbewegungen die Frage nach den zulässigen Freiräumen, die bei einer formschlüssigen Verladung möglich sind, ohne dass es zu einer Gefährdung kommen kann.

Vergleich der Methoden

Die Ladeeinheitenprüfung auf einem Prüfschlitten erfolgt mit freistehender Ladung und ohne Gegenlager am gepackten Gut. Heute kann während und nach der Beschleunigung die Stabilität der Sicherung mit Hochgeschwindigkeitskameras beobachtet und visuell gemessen werden. Dies bringt eine Aussage über die Belastungsgrenzen. Die Simulation von Kurvenbeschleunigungen im Labor hat eine Reihe von Vorteilen. Moderne Nutzfahrzeuge regeln durch ihre Assistenzsysteme wie das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) bei zu hohen Querbeschleunigungskräften bereits frühzeitig die Geschwindigkeit herunter. Dieses setzt je nach Fahrzeug im Bereich von 0,43 bis 0,45g ein. Die von den Ladungssicherungsnormen vorgegebenen Beschleunigungswerte auf Straßenfahrzeugen sind daher im realen Fahrversuch nur noch schwer zu erreichen. Um auf Werte von 0,5g zu kommen, ist zusätzlich immer der Einsatz einer Stützachse erforderlich oder ein Fahrzeug mit kleinerem Radstand. Was jedoch im Labor bisher nicht abzubilden ist, sind die Wankwinkel, die in der Kurvenfahrt entstehen, insbesondere wenn es um das Ausweichen mit seiner wechselseitigen Wirkung geht. Dies sind physikalisch komplexe Vorgänge, bei denen Laborprüfungen ihre Grenzen erreichen. Daher lassen sich dynamische Schlittenversuche auch nicht 1:1 mit dynamischen Fahrversuchen gleichsetzen. Tendenziell lässt sich auf Basis der gewonnenen Messergebnisse sagen, dass Ladeeinheiten, die sich durch Horizontalstöße, die 0,8g über 300 oder 1.000ms erreichen, und dabei am Palettenfuß maximal zwischen 40 bis 60mm verschieben, gute Chancen haben, auch die fahrdynamischen Versuche zu bestehen. Natürlich spielen in der Praxis auch die Art des Fahrzeugs und der Ware immer eine Rolle. Für den Anwendungsfall, dass Ladeeinheiten homogen verladen werden, können auf einem 13,60 Meter langen Sattelauflieger Palettengewichte bis 750kg auf Europaletten-Maß (0,80x1,20m) mit 33 Paletten gut beladen werden. Nun ergeben sich bei Schüttgütern aufgrund der spezifischen Schüttdichte oder abweichenden Kundenanforderungen auch andere Paletten-Abmessungen wie die 1,00x1,20m- oder 1,14x1,14m-Varianten mit abweichenden Palettiermustern. Geht man vom Idealfall aus, so entspricht das Packmaß dem Palettengrundmaß oder befindet sich in leicht „überpacktem“ Zustand. Ungünstig ist es immer, wenn die Packmaße kleiner sind als das Palettengrundmaß. Die Paletten stehen dann zwar formschlüssig zusammen, aber die Ladung drückt bei Vollbremsungen und/oder Ausweichmanövern in die Freiräume zwischen den Ladeeinheiten. Das Folien- oder Bandsystem muss die Ladung dann ausreichend halten können.

Zukunftsvision

Ein validiertes Verfahren, das statisch vorgenommene Prüfungen mit dynamischen Prüfverfahren wissenschaftlich belegbar macht, existiert bisher nicht. Jedoch hat Eurosafe zusammen mit der TU Darmstadt die ersten Grundzüge hierfür ausgearbeitet. Aus den gewonnenen Daten des seit fünf Jahren bestehenden Triple Safe Programm wurden wertvolle Erkenntnisse über verschiedene geprüfte Ladeeinheiten gezogen. Dies ermöglicht nun bereits zu Beginn der Verpackungsentwicklung einen Optimierungsprozesses. Es wird auch eine Digitalisierung möglich, in dem Sinne, dass sich wiederholende Ladeeinheiten-Dimensionierungen schrittweise auf eine belastbare Datenbasis stellen lassen. Damit ist es fallweise möglich, bereits mit vorgeprüften, weitgehend stabilen Ladeeinheiten in einen Fahrversuch zu gehen. Dies ist ein Nutzen für Kunden, die hier schrittweise Optimierungsprogramme, teilweise auch konzernweit, vornehmen möchten. Die Standardisierung von Ladeeinheiten der globalen Player lässt sich so auch auf internationaler Ebene leichter umsetzen. Dies eröffnet ebenso neue Sichtweisen bei der Prozesskostenrechnung. So gibt es bereits jetzt schon Chemiekonzerne, die zum Beispiel erkannt haben, dass 216,5 Liter-Fässer schneller und sicherer transportiert werden können, wenn diese mit einem wiederverwendbaren Schraubsystem auf der Palette fixiert werden. Damit lassen sich unzählige Tonnen an Folienmaterial vermeiden. Jedoch sind Folien- und Umreifungssysteme auch weiterhin die wichtigsten Materialien, um Ladeeinheiten zu bilden. Durch den dynamischen Schlittentest – unabhängig nach welcher Prüfmethode gearbeitet wird – lassen sich die Mindestmengen an Material feststellen, wodurch Ressourcen geschont werden können. Ein möglichst geringer Materialeinsatz war ja auch Motivation bei der Entwicklung des Prüfverfahrens nach EUMOS 40509. Daher ist es sehr positiv zu bewerten, dass nun auch weitere Prüfverfahren wie die prEN 17321 die Ladeeinheitenprüfung thematisieren.

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