| Holzkisten von 1 t bis 150 t – Anforderungen an Konstruktion und Bau |
| Vortrag von Herrn Johannes D. Petzoldt, BFSV Institut für Beratung, Forschung, Systemplanung, Verpackungsentwicklung und -prüfung e.V., Hamburg |
Inhaltsverzeichnis
Belastungen beim Versand (Stand der Technik)
Mechanische Belastungen
Hier gelten folgende Normen bzw. Richtlinien:
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VDI 2700 für den LKW-Landverkehr |
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VDI 2700/7 für den kombinierten Ladungsverkehr (KLV) |
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CTU-Packrichtlinien (GDV Verpackungshandbuch) für den kombinierten Verkehr Straße, Schiene, See |
Die VDI und CTU Richtlinien sind für den Verpacker wichtig, der so die Möglichkeit hat, seine Verpackung entsprechend dem Packgut richtig zu dimensionieren und auszulegen.
Die darin beschriebenen Größen sind Beschleunigungsgrößen, wie sie auf dem Transportweg auftreten können (z. B. beim Bremsen oder einer Kurvenfahrt).
Belastungen beim Versand (TUL)
TUL = Transport, Umschlag, Lagerung. Hier sind drei Arten von Belastungen zu unterscheiden:
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Mechanische Belastungen – Statische Belastungen – Dynamische Belastungen |
Druck Beschleunigungen /Stöße |
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Klimatische Belastungen | Temperatur, Feuchte |
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Biotische Belastungen | Schimmel / Mensch |
In diesem Vortrag werden die mechanischen Belastungen betrachtet.
Statische Belastungen nach GDV-Verpackungshandbuch
Druckbelastungen z. B. durch Überstauen
Deckelbelastbarkeit 1 t/m2 (statisch) gleichmäßig verteilt
Die Druckbelastungen resultieren hier aus der Masse der oberen Kisten auf die darunter liegenden. Angenommen wird dabei eine ganzflächige Deckelbelastung, obwohl diese in der Praxis oft stark reduziert ist durch die Querhölzer, die eine Unterfahrung mit Staplern ermöglichen. Dadurch können punktuelle Überbelastungen auftreten, die zu Schäden führen:
FG = m x g
Dynamische Belastungen resultieren aus Bewegungen, z. B. durch Fahrbelastungen. Sie wirken in alle Richtungen:
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alle Verkehrsträger |  |
| FD = m x g (a) | ||
| Quelle: L-I-S- BAM | ||
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in alle Richtungen |  |
Wichtig: Dynamische Belastungen überlagern statische Belastungen!
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Dynamische Belastungen nach der CTU-Packrichtlinie (bzw. im GDV Verpackungshandbuch)
Für die einzelnen Verkehrsträger sind in dort die jeweiligen Beschleunigungsgrößen tabellarisch aufgelistet:
Quelle: CTU-Packrichtlinie
Dynamische Belastungen Verkehrsträger
Beispiele:
Quelle: L-I-S- BAM
Diese Beschleunigungskräfte wirken auf das Packgut. Beim Seetransport können diese je nach Seegang und Fahrstrecke bis zu 40.000 mal auftreten.
Folgen von mechanischen Transportbelastungen
Wechselspiel mechanische TUL-Belastungen / Transportkiste
Bei der mittleren Skizze (Umschlag) wirken zudem punktuelle vertikale Kräfte nach oben, z. B. durch Hebezeuge (rote Pfeile) oder durch Gabelstapler (hellblaue Pfeile).
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Grundlegende Konstruktionsmerkmale und ihre Funktion
Diese Publikationen stellen den Stand der Technik zu Holzverpackungen dar: Das Verpackungshandbuch des GDV und die HPE Verpackungsrichtlinie.
Grundlegende Konstruktionsmerkmale für Kisten mit Bruttomassen größer 1000 kg
Kistenbauteile:
1 – Boden, 2 – Seiten -und Kopfwände, 3 – Deckel
Grundlegende Konstruktionsmerkmale
Diese Skizze zeigt den Aufbau einer Kiste mit Schnittholzschalung:
Die Bodenkonstruktion wird durch Bodenlängsträger stabilisiert, um ein Durchbiegen des Bodens zu verhindern. Wichtig sind auch die verbolzten Kopfkanthölzer an den Längsenden des Bodens. Die unteren Querhölzer oder -kufen ermöglichen das Unterfahren mit dem Gabelstapler.
Beispiel: Mögliche Feldeinteilung bei großflächigen Kistenwänden.
Die Kistenwände übertragen die Lasten des Deckels auf den Kistenboden. Dies geschieht über die Beleistung, teilweise auch über die Schalung. Durch die Beleistung werden die Kistenwände in Felder eingeteilt, dabei sind Diagonalen zur Stabilisierung wichtig. Von außen lässt sich anhand des Nagelbildes erkennen, ob Diagonalen vorhanden sind.
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Beispiel Schnittholzkiste
Beispiel Verschlag
Ein Verschlag ist eine Schnittholzkiste, bei der (vereinfacht gesagt) jedes zweite Wandholz fehlt – wodurch "Lücken" in der Seitenwänden vorhanden sind. Verschläge können erhebliche Größen bzw. Abmessungen haben, wie das folgende Foto zeigt. Diagonalen und Anschlagpunkte sind ebenfalls gut erkennbar:
Belastungsgerechte Anordnung der Schalung
Die beiden Schnittholzkisten in der folgenden Abbildung sind etwa gleich groß und es wurde jeweils die gleiche Holzmenge mit einem vergleichbaren Aufwand verbaut. Dennoch weisen sie unterschiedliche Tragfähigkeiten auf. Die obere Kiste wurde mit einer senkrechen Verbretterung gebaut, die untere mit einer waagerechten Verbretterung.
Bei ersterer werden die Deckelbretter etwas zurückgesetzt auf die Seitenwandbretter aufgesetzt (siehe Skizze rechts neben der Kiste), damit das angeschlagene Seil beim Heben nicht den Deckel aufreißt. So werden die Kräfte, die auf den Deckel wirken, zu einem guten Teil über die Schalung nach unten abgetragen. Dadurch ist sie tragfähiger als eine Kiste mit waagerechten Verbretterung.
Die tragenden Bauteile sind in den Skizzen mit einem roten Balken markiert:
Quelle: BFSV
Dies liegt vor allem daran, dass sich die Bretter beim Trocknen quer zur Faser zusammenziehen, was zur Bildung von Längsspalten führt. Diese stellen Hohlräume aus Luft dar, über die keine Kräfte übertragen werden. Daher findet bei der unteren Kiste eine Kraftübertragung nur über die senkrechte und diagonale Beleistung statt.
Um eine vergleichbare Tragfähigkeit zu erhalten, müsste die Beleistung bei der waagerecht verbretterten Kiste wesentlich stärker dimensioniert werden, was zu Mehrkosten bedeuten würde.
Eine waagerecht verbretterten Kiste ist nur dann von Vorteil, wenn es sich um eine sehr lange, aber sehr flache und schmale Kiste handelt, da dann die Biegesteifigkeit der Bretter zur Geltung kommt. Ansonsten ist die senkrechte Verbretterung die bessere Wahl.
Noch ein Hinweis zur Beleistung: Diese sollte immer an den Innenseiten der Kistenwände angebracht sein, um glatte Außenflächen zu haben. Dann lassen sich die Kisten besser stauen, ohne dass sie sich beim Beladen verhaken und außenliegende Leisten beschädigen oder gar abreißen.
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Grundlegende Konstruktionsmerkmale: Kiste mit Plattenschalung
Die Bodenkonstruktion ist die gleiche wie bei der Schnittholzkiste, die Schalung ist hier aber eine Platte (z. B. OSB- oder Sperrholzplatten). Diese ist hinsichtlich der Querbelastung formstabil. Diagonalen sind daher nicht erforderlich. Das Abtragen der Kräfte geschieht dabei hauptsächlich über die Beleistung.
Der Vorteil der Plattenkisten ist u. a., dass sie sehr dicht sind (keine Spaltenbildung). Dies kann aber u. U. auch ein Nachteil sein, da es bei langer Lagerung zu einer Schimmelbildung in der Kiste kommen kann.
Beispiel Plattenkisten
Die Deckelkonstruktion muss wasserdicht ausgeführt werden. Zwischen Deckel und Beleistung wird dafür meist ein wasserundurchlässiges Material eingesetzt – und zwar so, dass ich keine Wassersäcke bilden können.
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Auflagerung Deckelunterzüge für Schnittholz- und Plattenkisten
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Ausrüstung für den Umschlag und für die Ladungssicherung
Ausrüstung für den Umschlag von Schnittholz- und Plattenkisten: Umschlag mit Kran und Stapler
Die Unterfahrbarkeit X für Stapler muss so gewählt sein, dass auch größere Stapler innerhalb der Transportkette (z. B. im Hafen) die Kiste unterfahren können, ohne sie zu beschädigen.
Die Anschlagbleche müssen entsprechend so gesetzt sein, wie die Ketten bzw. Seile geführt werden. Die vorgesehene Seilführung muss auf der Kiste markiert sein. Ebenso muss das Markierungssymbol für den Schwerpunkt vorhanden sein:
Ausrüstungen und Anforderungen an Schnittholz- und Plattenkisten für die Ladungssicherung
Bei einer Niederzurrung muss u. a. beachtet werden, dass die Laschpunkte ausreichend dimensioniert sind. Bei sehr schweren Kisten ist das Direktzurren und/oder Verpallen sinnvoll. Generell muss die Kiste eine ausreichende Sicherung konstruktiv ermöglichen. Sie muss entsprechende Belastungen überhaupt aufnehmen können.
Beispiel: Bodenkonstruktion einer Schwergutkiste mit zusätzlicher Ausrüstung für die Ladungssicherung im Bodenbereich
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Markierungen für Exportkisten
Die folgenden Markierungen bedeuten von oben links nach unten rechts:
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Keine Gabelstapler ansetzen |
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Das Kettensymbol markiert die Anschlagpunkte. Anschlagmittel müssen zum Heben des Packstückes wie angezeigt platziert werden. |
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Nicht stapeln bzw. überstauen. Das Stapeln der Packstücke ist nicht erlaubt, und es sollte keine Last auf das Packstück platziert werden. |
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Markierung "Oben". Zeigt die korrekte aufrechte Position des Packstückes an. |
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Kennzeichnung des Schwerpunktes. Zeigt den Schwerpunkt des Packstückes an, das als eine einzelne Einheit gehandhabt wird. |
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Vor Nässe schützen. Das Packstück muss in trockener Umgebung gehalten werden. |
Quelle: ISO 7000
Die Markierungen sind in schwarzer Farbe anzubringen.
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Belastungen auf die Verpackung beim Umschlag
Einfluss der Auflagerung des Packgutes auf den Kistenboden beim Umschlag mit dem Kran
Diese Skizzen zeigen die Krafteinleitungen vom Packgut her auf den Kistenboden. Die Strecke a ist der Momentenhebel, wo Biegemomente auf den Boden wirken. Daher sollte die Strecke a möglichst kurz sein.
Es gibt "biegesteife" und "biegeschlaffe" Packgüter. Bei letzteren trägt hauptsächlich die Verpackung die Lasten, was bei zu schwacher Dimensionierung der tragenden Kistenbauteile zu erheblichen Durchbiegungen führen kann.
Beispiel: Anschlagstelle / Auflager Packgut
kein Biegemoment (optimal) a = 0
Belastung des Kistendeckels beim Umschlag mit dem Kran mit und ohne Traverse
Quelle: BFSV, Prof. Meyer
In beiden Fällen, mit und ohne Traverse, führt die Seilführung zu einer erheblichen Belastung des Deckels durch Querkräfte. Daher müssen u. a. Kantenschützer verwendet und die Anschlagpunkte verstärkt werden.
Belastung des Kistendeckels (rote Pfeile) beim Umschlag mit dem Kran
Quelle: BFSV, Prof. Meyer
Praxisbeispiel: Belastung des Kistendeckels beim Umschlag mit dem Kran
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Mitgenommene Verpackung
Bei besonders großen und schweren Kisten wird eine sog. mitgenommene Verpackung erstellt. Hier wird nicht an der Verpackung (Kiste) angeschlagen, sondern direkt am Packgut. Die Ketten oder Seile werden durch die Verpackung hindurch geführt. Die Vorteile sind:
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kein Staplerumschlag |
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geringe Deckelbelastung |
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keine Biegemomente im Bodenbereich |
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Eingesetzte Werkstoffe für die Kistenfertigung
Die Verarbeitungsfeuchte von Schnittholz für Kisten bzw. dessen Qualität ist definiert durch die DIN 4074:
Phytosanitäre Anforderungen für Schnittholz
Für den Export muss das Holz entsprechend der ISPN 15 behandelt sein. Es handelt sich um eine Wärmebehandlung, die ein Abtöten aller Eiweißstoffe im Holz garantiert.
Holzwerkstoffe Plattenmaterial
Die verschiedenen Holzwerkstoffe als Alternativen zum Schnittholz sind mit ihren Anforderungen in dieser Tabelle zusammengestellt:
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Berechnung von Holzverpackungen
Jede rechnerische Festigkeitsbetrachtung hat zum Ziel, den Nachweis über eine den Anforderungen gerecht werdende Struktur zu erbringen.
Randbedingungen:
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Hohe Streuung der Festigkeitseigenschaften von Holz innerhalb einer Klasse infolge von Inhomogenität. (Jahresringe, Risse, Äste) |
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Zur sicheren Dimensionierung ist von ungünstigen Festigkeitskennwerten auszugehen. |
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Die für die Berechnung verwendeten dynamischen Belastungen (TUL) beschreiben Grenzzustände, die in der Praxis eher selten auftreten. |
Berechnung von Holzverpackungen
Derzeitiges Berechnungsverfahren:
Berechnung einzelner belasteter Kistenbauteile auf Biegung und/oder Knicken
Die in diesen Normen enthaltenen Festigkeitsnachweise dienen der Bauteildimensionierung.
Sie sind nach DIN 1052 (2004) und der übergeordneten Norm DIN 1055 (2001) für sämtliche tragenden Bauteile von Schwergutverpackungen durchzuführen.
Die in diesen Normen enthaltenen Nachweise reihen sich ein in die im Bauwesen üblichen semi-probabilistischen Verfahren.
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Modifiziertes Verfahren nach BFSV, Prof. Meyer Modulare Vorgehensweise Berechnungen in Form von Arbeitsplänen |
Beispiel: Arbeitspläne für die Berechnung von Längskufen
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Quelle: BFSV, Prof. Meyer |
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Zielvorstellungen für die Zukunft Ausgehend von der Berechnung von Einzelbauteilen – hin zur Berechnung von Kisten als räumliche Gebilde. 1. Ansatz: "Bemessen von Holzverpackungen" |
Alternative für Schwergutverpackungen
Stahl / Holz Verbundkonstruktionen
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