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Seereisen werden unter ganz unterschiedlichen Wetterbedingungen durchgeführt, aufgrund derer oft gleichzeitig verschieden starke und in verschiedene Richtungen wirkende Kräfte längere Zeit auf das Schiff und seine Ladung einwirken. Diese Kräfte können ihren Ursprung im Stampfen, Rollen, Ein- und Austauchen, Gleiten in Längsrichtung, Gieren oder Gleiten in Querrichtung des Schiffes oder aber im Zusammenwirken zweier oder mehrerer dieser Arten von Schiffsbewegungen haben.
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Beim Packen und Sichern von Ladung in/auf eine CTU muss dies stets bedacht werden. Nie darf von der Annahme ausgegangen werden, auf der Reise werde ruhiges Wetter herrschen und die See werde glatt sein, oder dass Sicherungsmethoden, die bei einer Beförderung über Land angewandt werden, auf See immer ausreichen.
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Bewegungen eines Schiffes im Seegang |
Schiffsbewegungen lassen sich auf drei gradlinige und drei Rotationsbewegungen reduzieren.
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| gradlinige Bewegung | Rotationsbewegung |
| Wogen ist die Bewegung entlang der Längsachse. | Rollen ist die Bewegung um die Längsachse. |
| Schwoien ist die Bewegung entlang der Querachse. | Stampfen ist die Bewegung um die Querachse. |
| Tauchen ist die Bewegung entlang der Hochachse. | Gieren ist die Bewegung um die Hochachse. |
Zusammenfassung der Schiffsbewegungen
Generell kann gesagt werden, dass die von allen Rotationsbewegungen hervorgerufenen, nach außen gerichteten Zentrifugalbeschleunigungen bedeutungslos sind. Das gilt demnach für Gieren, Stampfen und Rollen.
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Gieren ist die Bewegung um die Hochachse eines Schiffes. |
Beim Gieren oder Yawing dreht sich das Schiff um seine Hochachse. Das resultiert aus der Unmöglichkeit, ein Schiff auf einer absolut geraden Kurslinie zu steuern. Es wird je nach Seegang und Ruderlage um seine Kurslinie schwingen. Als Ursache für Versandschäden scheidet das Gieren aus.
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| Tauchen ist die Bewegung entlang der Hochachse eines Schiffes. |
Beim Tauchen bzw. Heaving werden Schiffe entlang ihrer Hochachse nach oben und unten beschleunigt. Nur bei absolut ruhigem Wasser sind Auftrieb und Abtrieb gleich und das Schiff schwimmt in der gleichen Position. Beim Durchfahren von Wellenbergen und Tälern ändert sich der Auftrieb. Fehlt in den Wellentälern mehr Wasser, als in den Wellenbergen vorhanden ist, so ist der Abtrieb größer und das Schiff "sinkt" (oberes Bild). Ist in den Wellenbergen mehr Wasser vorhanden, als in den Wellentälern fehlt, ist der Auftrieb größer und das Schiff "steigt" (unteres Bild). Diese permanenten Schwingungen haben durchaus Einfluss auf die Container und deren Inhalt.
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| Wogen ist die Bewegung ent- lang der Schiffslängsachse. |
Schwoien ist die Bewegung entlang der Schiffsquersachse. |
Beim Wogen und Schwoien werden Schiffe im Seegang nach vorn und hinten sowie zu den Seiten hin beschleunigt und verzögert. Die Bewegungen können je nach Lage des Schiffes in alle möglichen Raumachsen erfolgen, nicht etwa nur horizontal. Befindet sich das Vorschiff auf einer Seite eines Wellenberges und das Achterschiff auf der anderen Seite, kann es zu erheblichen Torsionskräften im Schiffskörper kommen.
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| Stampfen ist die Bewegung eines Schiffes um seine Querachse. |
Beim Stampfen wird ein Schiff vorn angehoben und hinten abgesenkt und umgekehrt. Stampfwinkel variieren mit der Länge von Schiffen. Bei kürzeren Schiffen liegen sie bei 5-8° und zeitweise darüber, bei sehr langen Schiffen meist unter 5°. Bei einem Containerschiff von 300 m Länge und 3° Stampfwinkel legt ein in ca. 140 m von der Stampfachse entfernt gestauter Container in vorderster oder hinterster Bay innerhalb einer Stampfperiode 29 m zurück: Aus der Waagerechten wird er 7,33 m nach oben gedrückt, dann 14,66 m nach unten gezogen und schließlich wieder 7,33 m hoch gedrückt. Bei Aufwärtsbewegungen erhöhen sich die Stapeldrücke, bei Abwärtsbewegungen verringern sie sich.
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| Rollen ist die Bewegung eines Schiffes um seine Längsachse, hier 10° Rollwinkel. | ||
Beim Rollen bewegt sich ein Schiff seitlich hin und her. Als Rollzeit bezeichnet man die Dauer einer vollen Schwingung aus der Horizontallage in die Neigung nach links, zurück zur Horizontallage und weiter nach rechts und wieder zurück in die Horizontallage. Bei Schiffen mit großem Wiederaufrichtungsvermögen, steifen Schiffen also, sind Rollzeiten von zehn Sekunden und darunter durchaus üblich. Der Rollwinkel wird gegen die Horizontale gemessen. Selbst bei mäßig bewegter See erreichen auch sehr große Schiffe 10° Rollwinkel.
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| Rollwinkel von 30° sind in schwerem Wetter nicht ungewöhnlich. | ||
In schlechtem Wetter ist es nicht ungewöhnlich, wenn 30° erreicht werden. Selbst bei den größten Containerschiffen ist mit solchen Winkeln zu rechnen. Stabilisatoren und andere Krängungsausgleichsanlagen können Schiffsbewegungen dämpfen helfen. Nicht alle Systeme sind jedoch bei Schlechtwetter verwendbar oder hinreichend wirksam.
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Rollwinkel von 45° |
In seltenen Einzelfällen können 45° Rollwinkel und mehr erreicht werden. Es ist vorstellbar, was das für mangelhaft gesicherte Containerladungen bedeutet.
Beim Rollen und Stampfen entstehen tangential zur Rotationsbewegung nach oben und unten gerichtete Beschleunigungen, die mit der Entfernung von Roll- oder Stampfachse zunehmen und den Quadraten der Roll- bzw. Stampfzeiten umgekehrt proportional sind. Bei halber Roll- oder Stampfzeit sind bei gleicher Entfernung von der Achse die Beschleunigungen viermal größer als bei einem Vergleichswert, bei doppelter Roll- oder Stampfzeit betragen sie dagegen nur ein Viertel. Roll- oder Stampfwinkel bewirken Hangabtriebskräfte. Größere Neigungen, wie sie beim Rollen auftreten, begünstigen das Verrutschen von Ladungsteilen. Wie bereits erwähnt, sind die von den Rotationsbewegungen hervorgerufenen nach außen gerichteten Zentrifugalbeschleunigungen beim Rollen und Stampfen bedeutungslos.
Insgesamt betrachtet können die Beschleunigungen im Seegang sehr lange auf Container und Packstücke einwirken. Außerdem können sich die Schwingungen überlagern und verstärken.
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| Beschädigung von Containern bei Rollbewegungen, verursacht durch mangelhaft gesicherte Ladung: | ||
| links: bei einem im Querstau beförderten Container | rechts: bei einem im Längsstau beförderten Container | |
Es muss deutlich gemacht werden, dass hier nicht etwa die "Gefahren der See" zu Schäden geführt haben, sondern die mangelnde Sicherung innerhalb der Container. Diese Schäden sind zwar im Zusammenwirken mit den Rollbewegungen von Schiffen entstanden, ursächlich aber sind "hausgemachte Beschleunigungen" infolge von Packfehlern und Sicherungsmängeln.
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| Beim Slamming erfährt ein Schiff hydrodynamische Stöße. |
Als Slamming werden hydrodynamische Stöße bezeichnet, die durch Auf- und Abbewegungen des Schiffskörpers, das Hineinfahren in Wellenberge und das dadurch bewirkte harte Einsetzen des Schiffes in die See entstehen.
Vibrationen des Schiffskörpers können sich auf die Ladung übertragen. Belastungen für die Ware ergeben sich durch extrem niederfrequente, durch Seegang erregte Schwingungen sowie durch höherfrequente Maschinen- und Propellerschwingungen. Durch beförderungsgerechte Versandpackungen können und müssen derartige Risiken vermieden werden.
Die absoluten Beschleunigungswerte an Bord von Schiffen sind nicht übermäßig groß. An günstigen Stauplätzen sind sie sogar erheblich geringer als bei Landtransporten oder in der Luftfahrt. In vielen Fällen werden noch nicht einmal die beispielhaft angegebenen Werte der nachfolgenden Tabelle erreicht. Zu bedenken ist jedoch unbedingt die Häufigkeit der Bewegungen. Bei einer Rollzeit von 10 s bewegt sich ein Schiff pro Tag 8.640 Mal hin und her. Bei einer mehrtägigen Schlechtwetterperiode wird die Ladung also zigtausend Mal wechselweise be- und entlastet.
| Beförderungsmittel Seeschiff | Vorwärts wirkende Kräfte | Rückwärts wirkende Kräfte | Seitwärts wirkende Kräfte |
| Ostsee | 0,3 g (b) | 0,3 g (b) | 0,5 g |
| Nordsee | 0,3 g (c) | 0,3 g (c) | 0,7 g |
| Weltweite Fahrt | 0,4 g (d) | 0,4 g (d) | 0,8 g |
| 1 g = 9,81 m/sec² . Die oben genannten Werte sind mit der nach unten wirkenden Schwerkraft von 1,0 g sowie mit einer dynamischen Schwankung wie folgt zu verbinden: | |||
| (b)= ±0,5g | (c)= ±0,7g | (d)= ±0,8g | |
Ausschnitt aus einer Tabelle der CTU-Richtlinien
Im Hinblick auf die Tabelle merken die CTU-Richtlinien unter Punkt 1.7 an, dass darin Beispiele für Beschleunigungskräfte aufgeführt werden, die bei Beförderungsvorgängen auftreten können:
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Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass innerstaatliche Bestimmungen verbindlichen oder empfehlenden Charakters vorschreiben können, dass andere Werte anzuwenden sind.
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Übersicht über Beschleunigungen an Bord eines Schiffes |
Im Annex 13 zu CSS-Code sind Tabellen zur Ermittlung von Beschleunigungen in Abhängigkeit vom Stauplatz an Bord, der Schiffslänge und -geschwindigkeit enthalten. Doch diese Tabellen sind nicht für den Gebrauch beim Packen von CTUs und dem Sichern der Ladungen in oder auf CTUs geeignet und zwar aus folgenden Gründen:
Werden Container, Straßenfahrzeuge, Waggons und ähnliche Behälter sowie Road-, Roll- und Semitrailer im Binnenland für den Seeverkehr beladen, ist der spätere Stauplatz an Bord unbekannt. Es ist deshalb immer von ungünstigsten Voraussetzungen auszugehen. Nach Faustregel sollte mit einer Lastannahme von 1 g in der Vertikalen und von 0,8 g in der Horizontalen bei weltweiter Fahrt gerechnet werden. Eine Vorgabe des Containerstauplatzes durch den Absender wird vom Reeder nicht akzeptiert. Selbst Vermerke im Konnossement über eine Unterdeck-Verladung sind wirkungslos. Alle Versandstücke müssen deshalb so beschaffen sein, dass sie das 0,8fache Gewicht aller daneben gestauten Ladungen sowie die doppelte Masse der darüber gestauten Ladungen aufnehmen können. Ist das nicht der Fall, sind entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Zusätzliche drucksteife Behältnisse, Rahmen, falsche Decks und ähnliche Maßnahmen können hilfreich sein.
Moderne Umschlagverfahren und die dafür entwickelten Schiffe haben den Seetransport schneller gemacht, verbilligt und insbesondere die Umschlagbeanspruchungen in den Häfen reduziert. Moderne Schiffe, insbesondere Ro/Ro-Frachter und -Fähren, besitzen - um eine hohe Flexibilität beim Be- und Entladen zu erreichen - zwangsläufig ein schlechteres Seeverhalten als konventionelle Stück- und Schwergutschiffe.
Aus ladetechnischen Gründen benötigen sie ein entsprechend großes Wiederaufrichtungsvermögen. Als "steife" Schiffe setzten sie Krängungen anfänglich ein sehr großes aufrichtendes Moment entgegen. Das große Breitenträgheitsmoment dieser Schiffe bedingt kürzere Rollzeiten und hohe Querbeschleunigungen. Eine Beeinflussung des Stabilitätsverhaltens dieser Schiffe durch eine andere Gewichtsverteilung ist den Schiffsleitungen aufgrund der Besonderheiten im Ro/Ro-Verkehr zumeist nicht möglich. Die Gefahr von Unfällen ist hier besonders groß, weil übergehende Ladung und evtl. dadurch bedingte Wassereinbrüche bei den großen freien Flächen im Schiff schlagartig zum Kentern führen können. Spektakuläre Unfälle sind den meisten noch in Erinnerung. Mangelhafte Ladungssicherung in Transportbehältern, wie Containern, Wechselpritschen usw., kann deshalb die Schiffssicherheit sehr wesentlich beeinträchtigen.
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Schlagseite eines Ro/Ro-Frachters nach Wassereinbruch |
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| Freie Oberflächen im Schiff bedeuten immer eine erhöhte Kentergefahr. |
Hausgemachte Beschleunigungen im Seeverkehr sind die häufigste Ursache für Ladungsschäden an Bord von Schiffen.
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Schäden durch hausgemachte Beschleunigungen |
Weil die Packer von Containern nicht über die erforderlichen Kenntnisse und Fertigkeiten verfügen, unterschätzen sie die Wirkung von Staulücken. Die Folge sind Impulse mit verheerender Wirkung auf die Ladung.
| Schäden durch hausgemachte Beschleunigungen |  |
Gut lassen sich hausgemachte Beschleunigungen an Bord von Schiffen beweisen, wenn die Stauplätze ähnlichen Beschleunigungen unterliegen und dabei einige Güter beschädigt worden sind, andere aber nicht. Noch deutlicher wird es, wenn einerseits an exponierterer Stelle gestaute Güter unbeschädigt bleiben, andererseits Güter jedoch Schäden erleiden, obgleich sie geringeren Beschleunigungen ausgesetzt waren. Die Kisten auf der Plattform oben links unterlagen höheren Beschleunigungen als die Ladungen in den Containern, die darunter oder weiter nach innen gestaut waren. Obgleich die Kisten nur mit je einem Gurt gesichert waren, haben sie sich nur leicht verschoben, die Container bzw. deren Wareninhalt hingegen ist total zerstört.
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| Auswirkungen hausgemachter Beschleunigungen |
Im unteren Container (1) hat sich die schlecht gesicherte Maschine in Bewegung gesetzt und die Containertüren aufgedrückt. Der Kessel auf der darüber gestauten Plattform (2) ist nur mit zwei Gurten und damit auch unzureichend gesichert. Sie hat dennoch den Beschleunigungen widerstanden und ist nur minimal verrutscht. Ein deutliches Indiz dafür, dass die Beschleunigungen noch relativ gering gewesen sind.
Die folgenden Bilder zeigen durchweg die Resultate hausgemachter Beschleunigungen. Zu beachten ist, dass fast alle Container von innen nach außen beansprucht wurden, also Beulen statt Dellen aufweisen.
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| Beulen an Containern infolge hausgemachter Beschleunigungen | ||
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"zerrissener" Container infolge hausgemachter Beschleunigungen |
An der Faserstruktur der Plywoodwände des Containers im Bild oben ist deutlich zu erkennen, dass die Kräfte von innen nach außen gewirkt haben. Der Container wurde aufgrund von Packlücken zerstört. Infolge dieser Lücken kam es zu extrem hohen Beschleunigungen und "Impulskräften".
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| Schäden infolge hausgemachter Beschleunigungen | ||
Für Winddruck und Spritzwassereinwirkung gibt es Kalkulationshilfen im Annex 13 zum CSS-Code. Die Hinweise in dieser Publikation sind möglicherweise eine Hilfe bei der Bemessung der Ladungssicherung auf offenen Containern wie Flats, Plattformen u. Ä. Ansonsten sind diese Werte nur für die Schiffsleitungen interessant, nicht aber für den Containerpacker im Binnenland. Als Faustregel für den Winddruck - zum Beispiel für die Befestigung von Planen usw. - kann mit 100 daN/m² gerechnet werden. Geschlossene Container sind spritzwasserdicht, sofern sie technisch in Ordnung sind.
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Auswirkungen von Seeschlag |
An Deck gestaute Ladungen können Seeschlag ausgesetzt sein. Die Größe dieser Kräfte und ihre Auswirkungen sind selbst von Experten schwer zu erfassen. Sie sind nicht - oder nur sehr begrenzt - durch zusätzliche Sicherungsmaßnahmen zu verhindern. Gegen Seeschlag kann man zwar nicht sichern, aber Ladungen auf offenen Containern sollten vorsichtshalber gegen Aufschwimmen gesichert sein.
In der konventionellen Fahrt fallen Maßnahmen der Schadenverhütung in das Ressort der Schiffsleitung. Deshalb werden verantwortungsvolle Schiffsführungen mit allen ihnen zur Verfügung stehenden Mitteln versuchen, die Beeinflussungen durch Seegang und Seeschlag möglichst klein zu halten. Ladungsoffiziere bringen besonders empfindliche oder siche-rungsintensive Ladungen in Staupositionen, die geringere Beschleunigungswerte aufweisen. In der Containerfahrt kann auf spezielle Anforderungen der Container an ihren Stauplatz keine Rücksicht genommen werden. Die Stauzentralen, in denen die Vorplanung gemacht wird, und die Schiffsleitungen wissen überdies gar nicht, was in den Containern geladen ist. Eine Ausnahme ist bei Gefahrgutcontainern gegeben. Hier ist der Inhalt bekannt und die Container erhalten spezielle Stauplätze.
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Seeschlag bedeutet, dass "blaues Wasser" - oder wie die Angelsachsen sagen: "green water" - an Deck gekommen ist, bzw. direkt auf Schiffsteile, CTUs oder Ladungen einwirkt. | |
| Schäden durch Seeschlag |
| durch Seeschlag aufgerissener Container |  |
Zusammenfassung der mechanischen Beanspruchungen im Seeverkehr
Ganz allgemein kann festgestellt werden, dass "Cargo Transport Units" im Seeverkehr unter Umständen deutlich anderen Belastungen unterliegen als im Straßen-, Schienen- oder Binnenschiffstransport. Sofern keine ausgesprochen ruhige Reise bei schönem Wetter gemacht wird, werden die Container und ihre Ladungen durch Schwingungen belastet, die primär durch Rollen und Stampfen hervorgerufen werden. Fast ausschließlich bei den Rollbewegungen werden die Versandstücke bei den entstehenden Neigungs-/Rollwinkeln gegen die Containerwände gedrückt und dort oder an Flächen zu benachbarten Versandstücken gestaucht. Gleiches geschieht bei "offenen" Containern, wenn Ladungsteile in die Laschings oder Pallungen gedrückt werden. Die Schwingungen beim Rollen und Stampfen erhöhen und verringern den Stapeldruck. Im Zeitpunkt der Umkehr von Bewegungen sind diese Veränderungen am größten. Bei einer angenommenen Vertikalbeschleunigung von 1 g kann ein Packstück demnach "doppelt so schwer" oder "gewichtslos" werden. Bei anderen Beschleunigungswerten sind entsprechende Abschläge oder Zuschläge zu machen. Bei unsachgemäß gepackten Containern oder mangelhaft gesicherten Ladungen können die Packstücke sich verlagern, stauchen, zerquetschen oder durcheinander geworfen werden usw.
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durcheinander geworfene Schacheln in einem Container |