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Fahrersicherheit first

Selbstfahrende Maschinen sind so zu konstruieren, dass der Bediener durch herabstürzende Teile oder im Fall eines Umsturzes bzw. Überrollens geschützt ist. Wir geben einen Überblick darüber, wie schwierig diese Prüfung bei einer Gründungsmaschine mit 100 Tonnen Maschinengewicht umzusetzen ist.

100 Tonnen sind schwer vorstellbar. Ein durchschnittlicher Blauwal ist so schwer, aber kaum jemand hat einen solchen schon einmal in seiner kompletten Größe gesehen. Gut, eine typische Diesellokomotive der Baureihe 218 wiegt knapp 80 Tonnen, ein voll beladener Lastzug ist mit 40 Tonnen Gesamtgewicht unterwegs.

Im Baumaschinenbereich lächeln Konstrukteure bei solchen Überlegungen nur kurz. Ob bei Mobilkränen oder, wie im aktuellen Beispiel, einer Gründungsmaschine des Edewechter Sondermaschinenbau-Spezialisten Heinz Petry Maschinenbau GmbH sind große Maschinengewichte durchaus nicht selten. Wenn man den Überlebensfreiraum für den Fahrer einer Maschine mit einem Maschinengewicht von 100 Tonnen konstruieren oder gar prüfen will, bedarf es dann aber doch einigen Kopfzerbrechens bei Hersteller und Prüfdienstleister.

Prüfung folgt Einsatz

Zunächst einmal gibt es bei der Planung einer Kabinenprüfung kaum Spielraum. Wie der Überlebensfreiraum für den Fahrer bzw. Maschinenführer zu bemessen ist, ist in der weltweit gültigen Norm ISO 3164 festgeschrieben. Kurz gefasst wird hier rund um den Sitz-Index-Punkt (SIP) ein Dummy definiert, der auch bei Verformung der Schutzeinrichtung nur um maximal 15° nachgeben, geneigt werden, darf. Der SIP stellt dabei einen geometrischen Referenzpunkt dar, der sich aus dem Schnittpunkt der Oberkörperachse und der Oberschenkelachse auf der senkrechten Ebene durch die Sitzmittellinie ergibt.

Gleiches gilt für die Prüfung zum Schutz vor herabfallenden Gegenständen (Falling Object Protective Structure, kurz FOPS) und dem Überrollschutz (Roll Over Protective Structure, kurz ROPS). Hier ist in den ISO-Normen 3449 und 3471 festgelegt, wie eine entsprechende Prüfung durchzuführen ist und welche Kräfte bzw. Energien die Sicherheitsstruktur mindestens aufnehmen muss. In die Planung der Prüfung geht hierbei eine Gefahrenabschätzung seitens des Herstellers mit ein.

So ist bei den FOPS-Prüfungen beispielsweise zu definieren, ob der Schutz gegenüber kleineren Gegenständen, wie z. B. Backsteinen, kleine Betonbrocken oder Handwerkzeuge ausreicht oder – wie im Fall schwerer Bau- und Forstmaschinen – ein Schutz gegenüber schweren Belastungen durch Felsen oder Bäume vorzusehen ist. Für die ROPS-Prüfungen ist mindestens ein Einklemmschutz für einen mit einem Gurt gesicherten Fahrer zu erreichen, wenn die Maschine auf einer um maximal 30° in Rollrichtung geneigten harten Oberfläche einen 360°-Überschlag mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 km/h und 16 km/h vollführt. Wichtig zu wissen ist dabei, dass die mechanische Verbindung, Lager und/oder Verschraubungen, zwischen der Maschine selbst und der Kabine nach den genannten Vorschriften üblicherweise mit geprüft wird.

Immense Kräfte, spezielle Gefahrenlage

Im konkreten Fall der Kabine für eine 100-Tonnen-Gründungsmaschine der Firma Petry, bei der ein langer Bohraufbau zum Einbringen von Stahlbeton-Gründungspfählen auf einem Unterwagen montiert ist, ergab jedoch die Gefahrenabschätzung des Herstellers in Absprache mit den DLG-Prüfingenieuren, dass a) ein 360°-Überschlag höchst unwahrscheinlich ist und b) es für den Fahrer sicherer ist, wenn sich die Maschine im Falle eines Umsturzes bzw. Überschlags ohne den Fahrer und seine schützende Kabinenstruktur weiterbewegt. Zusätzlich erschwerend wäre eine stabile Verbindung zwischen Rahmen und Kabine konstruktiv kaum umzusetzen, zu riesig müssten Schrauben und Widerlagerprofile dimensioniert werden. Die Kabine wurde deshalb als Abreißkabine ausgelegt, weshalb die Prüfung nach der in der Europanorm EN-474 Teil 1, Anhang D definierten Abwandlung geprüft wurde. Im genannten Fall musste die Kabinenstruktur eine vertikale Belastung aushalten, die in etwa dem Doppelten des Maschinengewichts von 100 Tonnen entspricht.

Diese Kraft von rund 2.000 kN entspricht auch in etwa der Maximallast, die der Kabinenprüfstand am DLG-Testzentrum in der Senkrechten aufbringen kann – hinzu kommen rund 1.500 kN (entspricht ca. 150 Tonnen), mit der eine Kabine horizontal, d. h. in Längsrichtung bzw. seitlich belastet werden kann.

Prüfkompetenz der DLG

Auch wenn das DLG-Testzentrum als einzige OECD-Prüfstelle innerhalb der 26 Mitgliedsländer überhaupt einen so leistungsfähigen Prüfstand besitzt, sind 100 Tonnen Maschinengewicht auch für die DLG-Prüfingenieure nicht alltäglich. Aber zumindest müssen sie nicht – wie andere Prüfdienstleister, die ebenfalls als Technischer Dienst beim Kraftfahrt-Bundesamt benannt sowie als Prüflabor nach ISO 17025 zertifiziert sind – auf Spezialprüfstände für den Eisenbahnbau o. ä. ausweichen, die zusätzlich im Vorfeld der Prüfung noch mit hohem Aufwand speziell auf Baumaschinen umzurüsten wären. In Groß-Umstadt profitieren auch Spezialkunden wie Heinz Petry Maschinenbau GmbH von der Kompetenz aus rund 200 ROPS- und FOPS-Prüfungen im Jahr, die etwa zu einem Drittel an Traktorenkabinen und zu zwei Dritteln an Baumaschinen, Flurförderfahrzeugen und Spezialmaschinen für den Einsatz unter Tage durchgeführt werden. Ein lösungs- und kundenorientierter Prüfungsansatz mit umfangreichen Beratungsleistungen im Vorfeld der Prüfung sorgen hier regelmäßig dafür, dass in der Serie auf den Maschinen eine umfangreich getestete Kabinen-Sicherheitsstruktur zum Einsatz kommt, die sowohl den Anforderungen an die Fahrersicherheit, aber auch den Grenzen der Physik im Bereich der Konstruktion Rechnung trägt.

100 Prozent Schutz gibt es nicht

Mit den heutigen vielfältigen Möglichkeiten, die Auswirkungen einer großen Zahl denkbarer Unfälle zu simulieren bzw. daraus definierte Anforderungen für die Struktur einer Maschinenkabine abzuleiten, bieten die aktuellen Teststandards eine hohe Sicherheit für den Fahrer. Nicht zuletzt deshalb ist die Zahl der heute tödlich verlaufenden Unfälle im Vergleich zu früher deutlich zurückgegangen. Trotzdem sollte man sich immer bewusst sein, dass bei den Simulationen und praktischen FOPS -und ROPS-Prüfungen, nicht jede Eventualität abgebildet wird und es eine 100-prozentige Sicherheit somit nicht geben kann. Dies gilt insbesondere für die extremen Kräfte bei besonders schweren Unfällen, wie einem mehrfachen Überschlag.

Kontakt

Niels Conradi • Tel.: +49(0)69 / 24 788-648 • N.Conradi@DLG.org