Beschleunigungskräfte auf See (I)

Das Anbringen einer wirksamen Ladungssicherung ist einer der am schwierigsten auszuführenden Arbeitsschritte. Wer bereits eine gute Ladungssicherung für den Straßenverkehr anbringen kann, verfügt auch schon über das Grundwissen für eine gute Ladungssicherung für den Seeverkehr.

Wenn man über Ladungssicherung für die Beförderung im Straßenverkehr spricht, meint man die Anforderungen, die laut der folgenden Gesetze, Verordnungen, Vorschriften, Regelwerke und Richtlinien vorgeschrieben bzw. anerkannte Regeln der Technik sind. Diese sind z. B.

• VDI-Richtlinien:  VDI 2700,
• mit Gefahrgut: Abschn. 7.5.7 ADR, GGVSEB.

Die physikalischen Zusammenhänge sind nicht einfach zu verstehen und es bedarf einiger Erfahrung, um eine gute Ladungssicherung zu erreichen. Die Physik beschreibt die Naturgesetze. Diese Kräfte sind unabänderbar und sie haben in vielen Situationen eine enorme Auswirkung auf die Ladung und auf das Fahrverhalten des Transportfahrzeugs. Da die Fahrsituationen, die während des Transportes auftreten können, nicht vorhersehbar sind, kommt es oft vor, dass diese Kräfte plötzlich wirksam werden und dadurch die Situation außer Kontrolle gerät. Für das Verständnis der Ladungssicherung ist es sehr wichtig, dass man die physikalischen Kräfte kennt, denen die Ladung während des Transports ausgesetzt ist. Es müssen die

• Beschleunigungskräfte,
• Massen und
• Reibung

verstanden werden, die bei einer Beförderung zu berücksichtigen sind. Bei einer Beförderung auf der Straße muss man von folgenden Beschleunigungen ausgehen:

• in Fahrtrichtung maximal 0,8 Fg,
• zu den Seiten maximal 0,5 Fg und 
• nach hinten maximal 0,5 Fg.

Die Massen können bei normaler Fahrt, also beim plötzlichen starken Abbremsen, Anfahren am Berg und der Kurvenfahrt des Fahrzeugs, maximal beschleunigt werden. Das Ergebnis ist die Massenkraft (Trägheitskraft, Fliehkraft). Wenn ein Fahrzeug fährt, fährt auch die Ladung mit. Diese physikalische Selbstverständlichkeit ist das Problem. Man sollte also niemandem glauben, der behauptet, dass die Ladung so schwer ist, dass sie sich nicht bewegen kann. Beim Anfahren des Lkw rutscht die Kiste nach hinten, beim Durchfahren einer Linkskurve rutscht sie nach rechts und beim Abbremsen nach vorn.

Auch die Leistung und Grenzen des Fahrzeugaufbaus müssen berücksichtigt werden. Wenn die maximale Zuladung des Fahrzeugs kleiner ist als die Masse der Ladung oder wenn das Fahrzeug so gebaut wurde, dass keine Ladungssicherung möglich ist, sollte eine Beladung abgelehnt werden.

Die Verantwortung für die Ladungssicherung auf den Beförderungseinheiten haben der Verlader, der Fahrer und jeder, der die Ladungssicherung während der Beförderung verändert. Der Verpacker ist für die Ladungssicherung in den Versandstücken und Umverpackungen verantwortlich.

Für die Ausrüstung der Fahrzeuge mit Ladungssicherungsmaterial ist der Beförderer verantwortlich. 

Eine gute Nachricht gibt es: Im Seeverkehr ist zwar einiges anders, aber nicht alles. Die physikalischen Gesetze gelten auch hier.

Da die meisten Beförderungen im Vor- und Nachlauf auf der Straße verlaufen, müssen natürlich auch die Bedingungen für die Ladungssicherung auf der Straße erfüllt sein. Aber die Beschleunigungen und die sich daraus ergebenden Kräfte sind anders als jene, die bei einer Beförderung auf der Straße auftreten. Hier richtet man sich nach den wahrscheinlich auftretenden Wellenhöhen gemäß CTU (Cargo Transport Unit)-Code.

Die Container-Packrichtlinie wurde 2015 vom CTU-Code abgelöst. Dieser ist eine Verfahrensregel der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO), der Internationalen Arbeitsorganisation (ILO) und der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE) und eine anerkannte Regel der Technik. Der IMDG-Code verweist an mehreren Stellen auf den CTU-Code. Auch wenn der CTU-Code lediglich „anerkannte Regeln der Technik“ für die Ladungssicherung im Seeverkehr enthält, tut jeder gut daran, sie einzuhalten. Das Kap. 3, Unterabschnitt. 4.2.3, und die Kap. 5 bis 11 des CTU-Codes müssen allerdings in Deutschland laut der Verordnung über die Beförderung gefährlicher Güter mit Seeschiffen (GGVSee) zwingend eingehalten werden. Kommt es zu einem Schaden oder Unglück, berufen sich Versicherungen und Gerichte auf den CTU-Code. Bei der Ladungsverteilung von Gefahrgut im Container schreibt der IMDG-Code die Einhaltung des CTU-Codes vor.

Der IMDG-Code ist das Regelwerk für die Beförderung von Gefahrgut im Seeverkehr. Laut GGVSee muss der IMDG-Code in Deutschland eingehalten werden. Der IMDG-Code ist fast von allen Nationen weltweit ratifiziert worden.

Zurück zu den auftretenden Wellenhöhen auf See. Diese sind nach Seegebieten unterteilt:

Gebiet A (Wellenhöhe ≤ 8 m)

• Ostsee (mit Kattegat)
• Mittelmeer
• Schwarzes Meer
• Rotes Meer
• Persischer Golf
• Küstenreisen oder Reisen zwischen Inseln in folgenden Seegebieten: Zentraler Atlantik (30° N bis 35° S), Zentraler Indischer Ozean (bis 35° S), Zentraler Pazifik (30° N bis 35° S)

Gebiet B (Wellenhöhe > 8 m und ≤ 12 m)

• Nordsee
• Skagerrak
• Ärmelkanal
• Japanisches Meer
• Ochotskisches Meer
• Küstenreisen oder Reisen zwischen Inseln in folgenden Seegebieten: Süd-zentraler Atlantik (35° S bis 40° S) Süd-zentraler Indischer Ozean (35° S bis 40° S), Süd-zentraler Pazifik (35° S bis 45° S)

Gebiet C (Wellenhöhe > 12 m)

• unbegrenzt

Jeder, der mal an Bord eines Schiffes in See gestochen ist, weiß, was es heißt, wenn das Schiff durch schlechtes Wetter fahren muss. Das Schiff kann, je nach Größe, Bauart und Beladung, mehr oder weniger heftig rollen, stampfen und gieren. Während kleinere Schiffe dafür bekannt sind, im Winter im Nordatlantik von Welle zu Welle zu springen, können Schiffe, die mit einem zu tiefen Masseschwerpunkt beladen wurden, zu schnellen Rollperioden neigen, was in den oberen Decks zur Entstehung absurder Zentrifugalkräfte führen kann. Selbst Seegebiete, die man beim Badeurlaub als Ententeich erlebt hatte, können zur Gefahr für Schiff, Ladung und Besatzung werden. Obwohl die Ostsee als Gebiet mit einer Wellenhöhe von ≤ 8 m eingeordnet ist, sank dort etwa am 28. September 1994 die Estonia, ein großes Schiff, aufgrund schlechten Wetters. Die Seegebiete, die als „unbegrenzt“ bezeichnet werden, sind jene, die nicht für die Wellenhöhen bis 12 m aufgeführt werden, also größtenteils die Seegebiete nördlich von 45° N und südlich von 35° S. In diesen Seegebieten treten bisweilen haushohe Wellengrößen auf, wodurch auch besonders große Schiffe hier an ihre Grenzen kommen: So wird als Ursache für den Untergang des nach wie vor verschollenen Schiffes München am 7. Dezember 1978 nördlich der Azoren eine sogenannte Monsterwelle vermutet.

Aber auch wenn die wahrscheinlichen Wellenhöhen berücksichtigt werden, können Maßnahmen der Ladungssicherung zunichte gemacht werden, wenn die Schiffsbesatzung nicht die Schlechtwetterlage in die Planungen miteinbezieht.

Der Autor hat selber 1979 erlebt, wie es die Deckel aus den Farbeimern nach oben herausgeschlagen hat, weil der Kapitän trotz schlechten Wetters und hoher See das Schiff mit voller Fahrt gegen die hohe Windsee und Dünung anfahren ließ, um den Konvoi im Suezkanal noch rechtzeitig zu erreichen. Das Schiff stampfte so stark, dass die Ladungssicherung wegen der starken Beschleunigungskräfte nicht standhalten konnte.

Aufgrund der wahrscheinlichen Wellenhöhen wurde berechnet, welche Beschleunigungen maximal auftreten können:

Gebiet A:

• in Längsrichtung maximal 0,3 cx (Beschleunigungskoeffizient der x-Achse (Längsrichtung)) und vertikal Minimum 0,5 cz (Beschleunigungskoeffizient der z-Achse (Vertikalrichtung))
• in Querrichtung maximal 0,5 cy (Beschleunigungskoeffizient der y-Achse (Querrichtung)) und vertikal Minimum 1,0 cz

Gebiet B:

• in Längsrichtung maximal 0,3 cx und vertikal Minimum 0,3 cz
• in Querrichtung maximal 0,7 cy und vertikal Minimum 1,0 cz

Gebiet C:

• in Längsrichtung maximal 0,4 cx und vertikal Minimum 0,2 cz
• in Querrichtung maximal 0,8 cy und vertikal Minimum 1,0 cz

Diese Berechnungsgrundlagen müssen hier näher erklärt werden: Mit Längsrichtung sind die Fahrtrichtung des Schiffes und die entgegengesetzte Fahrtrichtung gemeint. Diese Beschleunigung entsteht durch das Abbremsen des Schiffes, wenn der Bug gegen die nächste Welle stößt (das Schiff fährt schneller als die See und Dünung läuft). Die Beschleunigung in entgegengesetzter Fahrtrichtung entsteht, wenn die Fahrt des Schiffes verlangsamt wird oder das Schiff aufgestoppt wird. In diesem Zustand kann die See und Dünung von Achtern eine Beschleunigung beim Schiffsrumpf auslösen, die sich dann auch auf die Ladung auswirkt.

Mit Querrichtung ist die seitliche Bewegung gemeint. Die Beschleunigung entsteht durch die Rollbewegung des Schiffes zur Seite und durch das seitliche Gleiten der Dünung.

Die vertikalen Bewegungen entstehen, wenn das Schiff auf einen Wellenberg hochgehoben wird und anschließend in ein Wellental hineinfällt. Sie entstehen auch mehr in der Nähe des Bugs und des Hecks durch die Stampfbewegung des Schiffsrumpfs.

Was bedeutet bei der vertikalen Beschleunigung beispielsweise „Minimum 0,2 cz“? Man hätte an dieser Stelle auch „Erdbeschleunigung“ schreiben können. Bei einer Abwärtsbeschleunigung verliert bildlich gesprochen die Ladung an Gewicht. Wenn zum Beispiel eine Kiste, die 100 kg wiegt, in einem Container steht, der nahe des Bugs des Schiffes geladen wurde, kann es passieren, dass, wenn das Schiff mit dem Bug in ein Wellental fällt, die Kiste in diesem Augenblick nur noch mit 20 kg in Richtung Containerfußboden drückt.

Wenn allerdings der Bug des Schiffes von der nächsten Welle angehoben wird, können die vertikalen Beschleunigungswerte dann bis zu 1,8 cz sein. Jetzt wiegt die Kiste bildlich gesehen plötzlich 180 kg. Die Ladung wird also stark gestaucht. Obwohl vertikale Beschleunigungen nach unten nur mit 1 cz angegeben werden, können sie in der Realität jedoch schon vor der Abfahrt des Schiffes höher als 1,0 sein, weil beim Be- und Entladen durch die Containerbrücken und Kräne höhere vertikale Beschleunigungen entstehen.

Aufgrund von Zeitdruck wird die Ladung heutzutage erfahrungsgemäß so schnell wie möglich geladen und gelöscht. Dadurch entstehen bisweilen erhebliche Beschleunigungen, wenn der Container angehoben und wieder abgesetzt wird. Diese Gefahr ist den Hafenbetrieben bekannt. Die modernen Containerbrücken haben mittlerweile Beschleunigungsbegrenzer für das Anheben. Das Absetzen erfordert jedoch Fingerspitzengefühl.

Die Ladung muss so gesichert werden, dass sie durch die Beschleunigungskräfte nicht beschädigt wird. Wenn also ein Container in einem Landbetrieb für den Seeverkehr gepackt wird, müssen demnach die Beschleunigungskräfte beider Verkehrsträger bei der Ladungssicherung berücksichtigt werden:

In Längsrichtung:

• Straße maximal 0,8 cx
• See (je nach Fahrtgebiet) maximal 0,4 cx

In Querrichtung:

• Straße maximal 0,5 cy
• Seegebiet (je nach Fahrtgebiet) maximal 0,8 cy

Vertikal in Längsrichtung:

• Straße wird nicht berücksichtigt
• See Minimum 0,2 cz

Die Ladungssicherung muss immer den ungünstigsten Bedingungen entgegenwirken, das heißt, es müssen also die Beschleunigungen in Längsrichtung von 0,8 cx und in Querrichtung von 0,8 cy (je nach Seegebiet) berücksichtigt werden.

Da laut der Regelwerke keine vertikale negative Beschleunigung berücksichtigt zu werden braucht, ist keine Ladungssicherung nach oben vorgeschrieben. Jedoch kann in der Praxis eine Flüssigkeit in der Lage sein, den Verschluss einer Verpackung nach oben aufzuschlagen. Zur Verdeutlichung: Wird ein halbvolles Glas mit Wasser ruckartig zur Seite geschoben, baut sich im Glas eine Welle auf, die an der gegenüberliegenden Seite der Beschleunigungsrichtung aus dem Glas schwappt. Nach diesem Prinzip ist es auch möglich, dass der Verschluss einer Verpackung durch den plötzlichen einseitigen Innendruck aufgeschlagen wird. Dieser Effekt wird dadurch begünstigt, dass die geprüfte Verpackung nicht mit der maximal möglichen Menge befüllt wird. Eine Verpackung wird jedoch nur mit der maximal erlaubten Füllmenge geprüft. Die dynamischen Kräfte, die bei teilweiser Auslastung entstehen, werden bei der Verpackungsprüfung nicht berücksichtigt. Ähnlich wie bei einem Tank ohne Schwallwände kann die Dynamik der Flüssigkeit die Verpackung von innen beschädigen.

Im zweiten Teil des Artikels, der in Kürze auf unserem Blog veröffentlicht wird, geht der Autor besonders auf die vertikalen und dynamischen Kräfte, die im Seeverkehr auf Ladungen einwirken, ein und zeigt, warum eine präzise Ladungssicherung mehr ist als reine Vorschrift.

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