Folge 10: Kraftschluss
Das formschlüssige Sichern der Ladung wurde bereits in der Folge 8 behandelt. Nun wollen wir mal den Kraftschluss unter die Lupe nehmen.
Was ist unter Kraftschluss zu verstehen, wie funktioniert er und worauf kommt es bei der Ladungssicherung an.
Kraftschluss ist eine Verbindung zweier Teile über die Fläche, wobei beide Flächen über einen hohen Reibungskoeffizienten verfügen. Wie funktioniert das?
Zum Autor:
In einer Reihe von Fachbeiträgen aus der Praxis, zu Themen rund um den Container und LKW, erhalten Sie Profiwissen aus erster Hand.
Wie sichert man Ladung korrekt und was sind die Grundlagen der Ladungssicherung?
Erarbeitet und vorgestellt werden sie von Sigurd Ehringer, Inhaber von SE-LogCon:
- VDI-zertifizierter Ausbilder für Ladungssicherung
- Fachbuch-Autor
- 8 Jahre Projektmanager
- 12 Jahre bei der Bundeswehr (Kompaniechef)
- 20 Jahre Vertriebserfahrung
- seit 1996 Berater/Ausbilder in der Logistik
- 44 Jahre Ausbilder/Trainer in verschiedenen Bereichen
Folge 10: Kraftschluss
Eine Ladung drückt mit angenommen 10kg auf eine Fläche. Die Normalkraft ergibt sich aus der Multiplikation der Masse (Beispiel 10kg) mit der Erdanziehungskraft g (9,81m/s2).
Die Normalkraft beträgt somit
10kg * 9,81m/s2 = 100N.
Die Normalkraft wirkt immer senkrecht auf die Fläche.
Jede Oberfläche hat eine bestimmte Rauheit, durch die beim Kontakt beider Flächen eine Micro-Verzahnung entsteht.
Das Maß wird mit dem Buchstaben µ angegeben und heißt Reibbeiwert.
Wird nun versucht, die Flächen gegeneinander zu verschieben, entsteht durch diese Rauheit eine Gegenkraft.
Genau dieser Effekt wird beim Kraftschluss benutzt.
Die Gegenkraft hängt ab vom spezifischen Reibbeiwert µ und wird als Reibkraft bezeichnet.
Gibt z.B. ein Hersteller von LKW-Aufbauten für seine Ladeflächen einen Reibbeiwert von µ=0,3 an, so bedeutet dies, dass für das Verschieben von Paletten der Kraftaufwand 30% der Normalkraft beträgt.
Wie funktioniert nun die kraftschlüssige Sicherung einer freistehenden Ladung von 1.000kg gegen den Verschub bei einer Vollbremsung mit 0,8g. (siehe VDI-2700 und EN-12195-1).
Die erforderliche Sicherungskraft beträgt gemäß Regelwerk FS = m * g * a = 1.000kg * 9,81m/s2 * 0,8g = 8.000N = 800daN
Üblicherweise wird eine Ladung mit Spanngurten niedergezurrt. Die Kraft, welche nun dem Verschub entgegen wirkt, besteht jetzt aus zwei Komponenten: die Normalkraft + die Vorspannkraft.
Dabei ist jedoch der Einfluss von drei Randbedingungen zu beachten:
- die Reibkraft FR aus dem Reibbeiwert µ
- der Zurrwinkel α zwischen Anschlagpunkt und dem 1. Umlenkpunkt
- der Übertragsbeiwert/K-Faktor zwischen beiden Anschlagpunkten
Die Vorspannkraft kann auch wie ein zusätzliches Ladungsgewicht verstanden werden.
Das bedeutet, dass auch von der Vorspannkraft nur der Anteil entsprechend dem Reibbeiwert wirkt.
Reibkraft FR = 1.000daN * 0,3 = 300daN
Sicherungskraft FS = 500daN * 0,3 = 150daN
Summe: 450daN
Zum Verschieben von 1.000kg wäre also nur eine Kraft von 450daN erforderlich.
Aus dem Beispiel ergibt sich, dass die Vorspannkraft von 500daN nicht ausreicht, um die Ladung gegen Verschub zu sichern.aßnahmen wie Niederzurren ergänzt werden.
Eine weitere Randbedingung für die Größe der wirksamen Vorspannkraft ist der Zurrwinkel α, weil nur der senkrechte Anteil der Vorspannkraft wirkt. Der Anteil ergibt sich aus dem Sinus des Zurrwinkels.
Beispiel: bei einem Zurrwinkel α von 80º beträgt der Sinus 0,9961.
Das heißt von den 500daN Vorspannkraft wirken tatsächlich nur 500daN * 0,9961 = 498daN
Die Vorspannung, welche mit der Spannratsche erzeugt wird, besteht nur zwischen dem Anschlagpunkt an der Ladefläche und dem 1. Umlenkpunkt. An den Umlenkpunkten reduziert sie sich durch Reibungsverluste. Je mehr Umlenkpunkte, desto größer der Verlust.
Die Summe der Vorspannkraft setzt sich also aus mindestens drei Teilen zusammen:
- Teil 1: Anschlagpunkt – Umlenkpunkt 1
- Teil 2: Umlenkpunkt 1 und 2
- Teil 3: Umlenkpunkt 2 – Anschlagpunkt
Das Ergebnis kann mit dem Übertragungsbeiwert/K-Faktor berechnet werden.
Bei einem angenommenen Faktor von 1,5 würde die Summe der Vorspannkraft 500daN * 1,5 = 750daN betragen.
Werden nun dem Beispiel folgend alle Randbedingungen zusammen betrachtet, ergibt sich folgende Rechnung:
FSTF = Vorspannkraft * K-Faktor * sin Zurrwinkel α * µ
= 500daN * 1,5 * sin35º (0,5735) * 0,3 = 129daN
Wie viele Spanngurte sind nun notwendig um diese Ladung zu sichern?
Hier lässt sich folgende Überlegung anstellen:
800daN sind zu sichern, davon die Reibkraft von 450daN abziehen ergibt die Differenz von 350daN. Diese Kraft muss durch Spanngurte erbracht werden. 350daN dividiert / 129daN = 2,7 was bedeutet, es sind 3 Spanngurte erforderlich, um die Ladung von 1.000kg unter den genannten Randbedingungen zu sichern.
Die Schlussfolgerung ist erschreckend, denn von 500daN, was an sich schon sehr viel ist, bleibt tatsächlich nur sehr wenig übrig. Daraus sollte der Schluß gezogen werden, dass die kraftschlüssige Sicherungsmethode Niederzurren mit vielen zu beachtenden Randbedingungen behaftet ist und deshalb mit größter Vorsicht angewendet werden muss.
Ein genereller Lösungsansatz ist die Kombination von Niederzurren + Antirutschmatten mit µ=0,6.
Die Erhöhung des Reibbeiwertes ist das entscheidende Element.
Reibkraft FR = 1.000daN * 0,6 = 600daN
Vorspannkraft FSTF = 500daN * 1,5 * sin35º (0,5735) * 0,6 = 258daN
Sicherungskraft FS = 600daN + 258daN = 858daN
Sicherungsbalance: die tatsächliche Sicherungskraft muss gleich oder größer sein als die erforderliche Sicherungskraft.
858daN ≥ 800daN
In der Praxis sieht man häufig genau das Gegenteil. Vermutlich aufgrund fehlender Kenntnis des Wirkungsprinzips.
Ihr Sigurd Ehringer.
Wie Kräfte sich gegenseitig verhalten und wie man dann die Ladung zuverlässig sichern kann, ist für mich als Quereinsteiger ein faszinierendes Thema.
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Rothschenk. Das sind wir.
Rothschenk ist ein Hersteller von Ladungssicherung für Überseecontainer. Im beschaulichen mittelfränkischen Aub, entwickeln, testen und vertreiben wir eigene Ladungssicherungsmittel wie Stausäcke/Staupolster, Lashing Rückhaltesysteme, Kantenschutzwinkel, Antirutschmatten, Zurrgurte und Fass-Sicherungen. Einen kleinen Einblick in unsere Produktwelt erhalten Sie in unserem Online Shop: [R] SHOP24.
Wir entwickeln für unsere Kunden, zu denen auch Großkonzerne z.B. aus der Chemie-, Getränke– und Automobilbranche gehören, indiviuelle Ladungssicherung. Daher sind wir es gewöhnt uns in unserer eigenen Forschungs- und Testabteilung neue Produkte und Lösungen einfallen zu lassen.
Wir stehen für Qualität „Made in Germany„. Nicht nur bei der Entwicklung, sondern auch bei der Herstellung. Denn wir sind der einzige Hersteller für Ladungssicherung mit einem eigenen Produktionsstandort in Deutschland. Echtes „Made in Germany“ eben.
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Kommentare (2)
Vielen Dank für den Artikel über Kraftschlüsse. Gut zu wissen, wie es mit dem Aufbau für LKW zusammenhängt. Gerne mehr davon.
Hallo Anton, es freut uns wenn die Blog Beiträge von unseren Lesern geschätzt werden. Natürlich beiben wir am Thema dran und es erscheinen monatlich neue Beiträge zu unserschiedlichen LaSi-Themen. LG dein Rothschenk Team.