mechanisch-statisch
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In Formelsprache ausgedrückt: (p für pressure, F für Force und A für Area) |
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Die offizielle Recheneinheit ist Pascal. Ein Pascal entspricht dem Druck von einem Newton pro Quadratmeter (Pa = N/m²). Mit dieser sehr kleinen Einheit wird in der Praxis selten gerechnet. Im Bereich der Luftdruckangaben rechnet man mit Hektopascal (hPa); im Bereich von Reifendrücken, Stapeldrücken u. Ä. zumeist mit Kilopascal (kPa) oder Megapascal (MPa).
Die Kraft steht in der Druckformel auf dem Bruchstrich, das heißt: Bei gleicher Fläche ist bei einer größeren Kraft ein größerer Druck vorhanden. Die Fläche steht unter dem Bruchstrich, d. h., je kleiner die Fläche, umso größer der Druck - und umgekehrt.
Ist der maximal erlaubte Stapeldruck in Containern nicht bekannt, lässt sich dieser relativ leicht ermitteln. Einen indirekten Hinweis über das Verfahren gibt die CTU-Richtlinie unter Punkt 3.1.7, in dem es heißt:
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Bei der Stauplanung muss auch berücksichtigt werden, dass CTUs im Allgemeinen unter der Annahme konstruiert sind und umgeschlagen werden, dass die Ladung gleichmäßig über die gesamte Bodenfläche verteilt wird. Falls sich wesentliche Abweichungen von einer gleichmäßigen Beladung ergeben, muss fachmännischer Rat eingeholt werden, wie zu packen ist.
| Payload in Kilogramm | Kraft in Newton | Innenlänge in Meter | Innenbreite in Meter | Druck in Pascal | Druck in Kilopascal |
| 18.370 | 180.209,70 | 5,935 | 2,370 | 12.811,77 | 12,81 |
| 21.780 | 213.661,80 | 5,895 | 2,393 | 15.146,08 | 15,15 |
| 26.700 | 261.927,00 | 12,033 | 2,352 | 9.254,84 | 9,25 |
| 29.650 | 290.866,50 | 12,069 | 2,350 | 10.255,45 | 10,26 |
Beispielrechnung für den erlaubten Stapeldruck in Containern
In der Literatur werden häufig Werte von 14 kN/m² für 20'-Container und 10 kN/m² für 40'-Container als Höchstwert für die Bodenbelastung angegeben. Wie gezeigt wurde, ist diese jedoch individuell unterschiedlich und kann leicht errechnet werden. Der maximale Stapeldruck im Container entspräche dem Höchstwert der Containerbodenbelastung, wenn absolut gleichmäßig beladen würde.
Im Versandbereich wird nur sehr selten mit offiziellen Druckeinheiten gerechnet. Da mit Massen umgegangen wird, wird Druck häufig als Quotient aus Masse und Fläche angenommen:
Anstelle offizieller Einheiten wird mit kg/cm², kg/m², t/m² oder der angelsächsischen Maßeinheit psi (pounds per square-inch) gerechnet. Streng genommen ist das zwar inkorrekt, aber durchaus praxisnah und vielen Beteiligten verständlicher. Bei Umrechnung derartiger Einheiten in offizielle Einheiten - und umgekehrt - gelten folgende Beziehungen:
- Hektopascal (hPa) entsprechen der alten Angabe Millibar (mbar).
- Bar entspricht 100 kPa bzw. 0,1 MPa.
- Kilogramm/Quadratzentimeter (kg/cm²) entspricht nach Faustregel in etwa einem Bar bzw. 100 kPa bzw. 0,1 MPa.
- Kilogramm/Quadratzentimeter entspricht 10 t/m²
- Kilopascal (kPa) = 1000N/m² entspricht 100 kg/m² bzw. 0,1 t/m².
- Kilogramm/Quadratzentimeter entspricht nach Faustregel 14 pounds per square inch (psi).
Als Stapelstauchdruck wird der Druck bezeichnet, der von einem Ladungsstück auf darunter befindliche Ladungsteile oder Bauteile ausgeübt wird.
| Bauart der Palette | Kraft in Newton |
Fläche Unterbau in m² |
Stauchdruck kN/m²=kPa |
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9.810 | 1,000 | 9,81 |
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9.810 | 0,432 | 22,71 |
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9.810 | 0,288 | 34,06 |
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9.810 | 0,0864 | 113,54 |
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9.810 | 0,0576 | 170,31 |
Tabelle: Stauchdrücke bei unterschiedlichen Paletten
Bei einigen Pressspanpaletten und ähnlichen Konstruktionen fallen die Stauchdrücke bedeutend höher aus. Ohne entsprechende druckverteilende Maßnahmen kann kein schadenfreier Transport garantiert werden.
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hohe Stapelstauchdrücke durch kleine Aufstandsflächen |
Dramatisch hohe Drücke können entstehen, wenn Eimer, Hobbocks, Fässer und ähnliche Ladungen ohne Zwischenlage gepackt werden. Wird beispielsweise ein Fass von 183,5 kg Masse und einer Gesamtfläche des Fassrandes von 90 cm² auf den Boden gestellt, ergibt sich ein Druck von 200 kN. Wird eine Breite des Fassrandes von 0,5 cm unterstellt, ergibt sich bei versetzter Stauung in der oberen Lage eine Aufstandsfläche von 0,00015 m² und somit ein Druck von 12.000 kPa.
| Packweise / Aufstandsflächen | Kraft [N] |
Fläche [m²] |
Druck [kPa] |
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1.800 | 0,0090 | 200 |
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1.800 | 6 x 0,5 cm x 0,5 cm = 1,5 cm² = 0,00015 m² |
12.000 | |
Das Verladepersonal kann Schäden infolge mechanisch-statischer Belastungen nur durch druckverteilende Maßnahmen abwenden, da eine Manipulation an den Versandstücken selbst oder eine Veränderung der vorgegebenen Massen nicht möglich ist. In sehr vielen Lagern und Packzentren fehlen jedoch entsprechende materielle Voraussetzungen in Form von Walking-Boards, Hardboards, Stauholz u. Ä. Aus Unwissenheit, falscher Sparsamkeit oder anderen Beweggründen wird oft auf entsprechende Zwischenlagen verzichtet.
Die Beschaffenheit der Versandstücke ist unbedingt zu berücksichtigen. Ein geschulter Blick auf das äußere Erscheinungsbild, wie den Unterbau von Kisten, Ladeeinheiten und Paletten, kann wichtige Hinweise für deren Verladung vermitteln. Rationelle Umschlagmethoden mittels Hebe- oder Flurförderzeugen erfordern zumeist den Einsatz von Unter- oder Zwischenlegern aus Riegeln oder Kanthölzern, deren Verwendung schädliche Drücke bewirken können.
Bereits die Bebänderung von Packstücken kann zu Schäden infolge zu hoher Drücke führen, wenn keine Kantenschützer als druckverteilende Maßnahmen zur Kompensation von Packstückschwächen eingesetzt werden.
Sehr hohe Drücke treten bei streifen- oder punktförmigen Auflageflächen auf. Negative Auswirkungen vergrößern sich durch Mehrfachlagen oder auftretende Lagerwinkel, z. B. beim Stauen von Rohren, Rollen und ähnlichen Gütern.
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| schichtweises Packen | Sattellage 1 | Sattellage 2 |
Das schichtweise Packen bewirkt extrem hohe Drücke, da die Rohre nur auf Streifen aufliegen, die der Kantenlänge der Hölzer entsprechen. Die auftretenden Stapeldrücke sind deutlich höher als bei den beiden Sattellagen. Sattellage 2 bewirkt über die größeren Lager- bzw. Spreizwinkel höhere Kräfte als Sattellage 1. Weitere Ausführungen zu diesem Thema sind im Abschnitt "Grundstauweisen" zu finden.
Die Stauchdrücke auf untere Packstücklagen oder den Containerboden erhöhen sich durch die Bewegungen eines Schiffes. Vergessen wird häufig, dass Druck nicht nur infolge der Schwerkraft von oben nach unten wirkt, sondern durch dynamische Beanspruchungen auch seitlich wirken kann. Die Packstücke werden dann gegeneinander oder gegen die Containerwände gedrückt. Dieser Druck und insbesondere das Rutschen und nachfolgende Aufeinanderprallen nicht ausreichend gesicherter Packstücke kann zu Schäden führen.
Die wenigsten Packer rechnen mit "hausgemachten" mechanisch-statischen Belastungen durch mangelhafte Ladungssicherung - aber sie sind vorhersehbar: Wenn sich Ladungsstapel bewegen können, können beim Ankippen aufgrund der nur noch sehr kleinen Aufstandsfläche kritische und gefährlich hohe Drücke entstehen.
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"hausgemachte" mechanisch-statische Belastungen |
Die Verringerung der Aufstandsflächen bei gleichzeitiger Druckerhöhung kann zum Einbrechen von Packstückkanten führen und damit zur Beschädigung der Versandstücke und zum Zusammenbruch von Stapeln. In besonders ungünstigen Fällen kann der Verlust ganzer Partien oder sogar des Containers die Folge sein.
Das Ankippen, Gegeneinanderstoßen oder Zusammenbrechen von Packstücken selbst ist im Bereich der mechanisch-dynamischen Versandbeanspruchungen anzusiedeln.