1. Einführung in die mechanische Analyse dynamischer Lasten

Bei der Verladung und Sicherung von Ladung in Güterwagen müssen eine Reihe von physikalischen Parametern berücksichtigt werden, die mit den dynamischen Lasten zusammenhängen, die während des Schienenverkehrs auftreten. Lasten, die durch Beschleunigung, Bremsen, Fliehkräfte, die bei Gleiskurven entstehen, und vertikale Wechselwirkungen (das sogenannte „Wagenschwimmen“) entstehen, erfordern genaue Strukturanalysen für die korrekte Verteilung der Last. Lokale Überlastungen in der Wagenstruktur, die aus einer falschen Gewichtsverteilung resultieren, können zu Materialermüdung oder Verformung von tragenden Elementen (insbesondere Rahmen und Radsätzen) führen, was das Risiko von Schäden an der Infrastruktur und die Möglichkeit einer Entgleisung erhöht.

2. Technische Vorschriften für das Verladen und Sichern von Ladungen

2.1. Internationale normative Regelungen (UIC, RID)

Der Verladevorgang im Schienenverkehr wird durch die Normen des Internationalen Eisenbahnverbandes (UIC) und des RID-Reglements genau geregelt, die die zulässigen dynamischen Lasten, die Anforderungen an die Anordnung der Ladung sowie die technischen Parameter der Zurrgurte definieren. Das UIC-Dokument „Ladungsrichtlinien“ enthält detaillierte Richtlinien zu den Schutzfaktoren, den maximalen dynamischen Kräften, die auf Lasten wirken, und den statischen Anforderungen an Güterwagen in Bezug auf die Tragfähigkeit von Rahmen, Radsätzen und Bremssystemen.

Nach UIC 571-4 beträgt die zulässige maximale dynamische Belastung für Güterwagenachsen 4 g, was bedeutet, dass die Wagenstruktur bei einer starken Bremsung dem vierfachen Gewicht der Ladung standhalten muss. Diese Kräfte sind bei der Auswahl der Zurrmethoden zu berücksichtigen, die einen Mindestreibungskoeffizienten von 0,4 für die Kontaktfläche zwischen Ladung und Wagenboden gewährleisten müssen.

2.2. Nationale Normen (PN-EN 12195-1)

Auf nationaler Ebene legen die Normen PN-EN 12195-1 die Mindestzurrkräfte in Abhängigkeit von der Art der Ladung und ihren Masseneigenschaften detailliert fest. Diese Norm regelt die Kräfte, die sich aus Beschleunigung und Verzögerung ergeben (Hauptvektoren X und Y), indem Formeln für die Berechnung der Klemmkräfte für verschiedene Transportszenarien festgelegt werden. Diese Berechnungen basieren auf dem dynamischen Koeffizienten (CF) und dem Koeffizienten der Haft- und Gleitreibung, die sich direkt auf die Anzahl und Anordnung der Befestigungspunkte auswirken.

PN-EN 12195-1 legt auch die Festigkeit der für die Befestigung verwendeten Materialien (z. B. Gurte, Ketten) fest und führt die Notwendigkeit ein, Befestigungsmittel gemäß den technischen Anforderungen zu verwenden. Die Mindestbruchfestigkeit von Zurrgurten der Klasse L ist mit 5.000 daN angegeben, was der Fähigkeit entspricht, eine Last von bis zu 50 Tonnen unter Beschleunigungsbedingungen zu halten, die über den gesetzlich zulässigen Betriebsnormen liegen.

3. Anwendung von Ladungssicherungstechniken unter dynamischen Ladungsbedingungen

3.1. Klemmkräfte und ihre Verteilung

Der Prozess der Ladungssicherung erfordert genaue Berechnungen, um die Standsicherheit der Ladung und die angemessene Verteilung der Schnittgrößen zu gewährleisten. Gemäß den UIC-Richtlinien müssen die Zurrkräfte so verteilt werden, dass Torsionsmomente und Querkräfte minimiert werden (insbesondere bei Plattformwagen, bei denen Querkräfte auf die äußeren Lastaufnahmepunkte des Wagens wirken). Bei offenen Wagen (z.B. Flachwagen) erfolgt die Lastenabtragung hauptsächlich durch Zurrpunkte in Form von Klemmen oder Metallstangen, die in der Lage sein müssen, die Kräfte aufzunehmen, die eine Bewegung der Ladung bei Kurvenfahrten verhindern.

3.2. Zurrgurte und V-Systeme

Die am häufigsten verwendeten Rückhaltesysteme sind Zurrgurte, die aus hochfestem Polyester (min. 7.500 daN) hergestellt werden. Diese Gurte werden in Parallel- oder Kreuzkonfiguration verwendet, je nach den Besonderheiten der Belastung und den Stabilisierungsanforderungen. Die Querkonfiguration der Gurte ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Zurrkräfte, wodurch die seitlichen Vektoren, die bei Bahnmanövern auf die Ladung einwirken, minimiert werden.

Keilsysteme werden für unregelmäßig geformte Lasten eingesetzt, z.B. Kabeltrommeln, Rohre oder Großmaschinen. Diese Keile aus Metall oder Holz sind unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Druckfestigkeit konstruiert, um einer seitlichen Verschiebung entgegenzuwirken. Gemäß den Normen sollte die Mindestkraft, die auf den Keil wirkt, mindestens 2 kN betragen, um die Stabilität bei plötzlichem Bremsen zu gewährleisten.

3.3. Befestigungsketten und Stahlstreben

Für schwere Lasten kommen Zurrketten aus hochfestem legiertem Stahl nach EN 818-2 zum Einsatz, die eine Mindestbruchfestigkeit von 10.000 daN aufweisen müssen und in einfachen Zurrpunktkonfigurationen oder Mehrfachsystemen zum Einsatz kommen, die eine gleichmäßige Kraftverteilung über die gesamte Länge des Wagens ermöglichen. Stahlstreben, die zur Stabilisierung unregelmäßig geformter Lasten eingesetzt werden, müssen die Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und Zugkräfte (in der Regel >30 kN) erfüllen.

4. Technische Spezifikationen für die Verladung der verschiedenen Wagentypen

4.1. Kriterien für die Beladung von gedeckten Wagen (G)

Gedeckte Wagen müssen unter Berücksichtigung der axialen und seitlichen Lasten, die direkt auf den Wagenrahmen übertragen werden, beladen werden. Die aus dem Ladungsgewicht resultierenden Stützlasten müssen gleichmäßig über die Bodenfläche des Wagens verteilt sein und die maximal zulässige Bodenlast nach EN 12663 darf 5 t/m² nicht überschreiten. Darüber hinaus ist bei der Verladung feuchtigkeitsempfindlicher Ladung der Einsatz von Waggontürdichtungen erforderlich, um das Eindringen von Feuchtigkeit in den Laderaum zu verhindern.

4.2. Spezifität der Verladung auf Plattformen (K, R, S)

Bahnplattformen, die für den Transport von ISO-Containern bestimmt sind, müssen mit mechanischen Verriegelungssystemen ausgestattet sein, die gemäß den Richtlinien der ISO 1161 eine Mindestverriegelungskraft von 30 kN für jeden der vier Containerzurrpunkte bieten. Bei der Beladung von Maschinen und Fahrzeugen werden zusätzlich Seitenstreben eingesetzt, um Torsionsdrehmomente an der Plattformstruktur beim Beschleunigen und Bremsen zu minimieren.

4.3. Verladung und Sicherung der Ladung in Tanks

Beim Transport von Flüssigkeiten in Bahntankwagen ist es entscheidend, den Druck in den Tanks zu kontrollieren. Gemäß den RID-Richtlinien muss jeder Tankwagen mit einem System von Sicherheitsventilen ausgestattet sein, die bei Drücken von mehr als 1,5 bar öffnen. Die Behälter sind aus korrosionsbeständigen Werkstoffen wie Edelstahl EN 1.4301 mit einer Zugfestigkeit von bis zu 600 MPa ausgeführt. Die Dichtheit von Ventilen und Entlüftungssystemen muss regelmäßig überprüft werden, um mögliche Leckagen während des Transports zu vermeiden.

5. Verantwortung des Versenders und Kontrollverfahren

Der Verlader ist direkt verantwortlich für die Einhaltung des Ladeprozesses und die Sicherung der Ladung nach technischen Standards. Jede Ladung muss durch technische Berichte dokumentiert werden, die Angaben über die Verteilung der Ladung, die verwendeten Zurrmethoden und die Berechnung der auf die Ladung wirkenden Kräfte enthalten. Der Beförderer ist verpflichtet, vor Abfahrt des Zuges eine Inspektion durchzuführen, um die Einhaltung der UIC- und RID-Normen zu überprüfen.