Sicherheitstechnische Grundlagen im Seilgarten Dynamische Krfte und Strze

Sturz ist nicht gleich Sturz
Im Rahmen unserer Reihe zur Berechnung von Krften in Seilgrten beschftigen wir uns dieses Mal mit den Krften, die bei einem Sturz in ein Seil auftreten. Dazu haben wir wieder eine Berechnungshilfe erstellt, die zum freien Download zur Verfgung steht.

Berechnet werden die jeweilgen Sturzfaktoren, der Fangsto, die Sturzgeschwindigkeit, der g-Wert und daneben werden allerlei physikalische Zusammenhnge ber dynamische Krfte im Seilgarten erklrt und bebildert. Hier ein Auszug aus dem Berechnungsprogramm:

Berechnung von Krften im Seilgarten: Strze und dynamische Krfte

Beispiele:
a) Ein Kletterer (80kg) im Seilgarten TopRopeSicherung strzt beim sog. Todessprung 8 Meter hinab. Die ausgegebene Seillnge betrgt 24 Meter. Bei dem Sturzfaktor von 0,33 betrgt der Fangsto ca. 4,4KN das sind etwa das 5,6-fache seines Krpergewichts. Kein Problem

b) Ein Kletterer (80 kg) strzt 4 Meter. Die ausgegebene Seillnge betrgt nur 4 Meter. Bei diesem Sturzfaktor von 1 betrgt der Fangsto kritische 7 KN das sind ca. das 7-fache seines Krpergewichts. Hier wird es kritisch.

c) Szenario wie im Beispiel b), nun aber 40 kg Krpergewicht: Sturzfaktor 1. Der Fangsto betrgt ca. 4,8 KN. Bezogen auf das Krpergewicht des Kletterer sind das aber ca. das 12-fache.

Teste mithilfe der obigen Berechnungshilfe selbst: Je hher der Sturzfaktor und das Gewicht, desto hrter der Fangsto.

Der Fangsto:

Die Kraft, die im Moment der maximalen Seildehnung auftritt, nennt man Fangsto oder Fangstokraft. Es ist die maximale Kraft (der Ruck, die max. Bremskraft), die auf den Kletterer einwirkt, wenn ein Sturz abgefangen wird. Der menschliche Krper ist in der Lage 12 kN aufzufangen aber dies schon mit schweren Verletzungen. Die EN-Normen schreiben vor, dass hchstens 6 kN (600 kg oder 0,6 t) Fangsto zulssig sind. Dieses ist der angenommene Grenzwert, ab dem der menschliche Krper die auf ihn einwirkenden Krfte nicht mehr unverletzt aufnehmen kann. Natrlich muss auch das Material, jedes Glied in der Sicherungskette, muss den Fangsto aushalten, ohne zu brechen

Im Falle eines Sturzes darf ein Anwender niemals einen Fangsto ber 6 KN ausgesetzt werden

Der g-Wert:

Der g-Wert (Kraft/Gewicht) gibt an, dem Wievielfachen des Krpergewichtes eine bestimmte Kraft entspricht. Da die Belastbarkeit des menschlichen Krpers etwa proportional zu seinen Gewicht ist, ist der g-Wert sehr aussagekrftig ber die relative Hrte des Sturzes. Ein Fangsto von 9g heit: Ein 80kg schwerer Kletterer fhlt dann 720kg auf sich lasten.
Bei sehr kurzen Belastungszeiten unter 0,5 Sekunden werden 20 g als die menschliche Belastungsgrenze beim Sturz in aufrechter Krperhaltung angesehen ( in waagerechter Krperhaltung wie beim Hftgurt mglich wird die Belastungsgrenze wohl deutlich darunter liegen). Belastungen (auch kurzfristige) ab 10 g sind fr den Menschen generell gefhrlich.
Beim gleichen Sturz in das Seil bedeutet dieses, dass ein schwerer Kletterer mit wenig g-Wert belastet wird als ein leichter Kletterer, obwohl die absoluten Krfte (Fangsto) beim Schweren hher sind.

Der Sturzfaktor:

Die Hrte des Sturzes hngt bei dynamischen Seilen nicht von der Fallhhe ab, sondern vom Sturzfaktor. Damit wird das Verhltnis zwischen der Sturzhhe und der ausgegebener Seillnge angegeben (Sturzhhe : Seillnge).
Kletterseile (Bergseile, dynamische Seile) sind wie Fangstodmpfer. Sie nehmen durch Dehnung Sturzenergie auf, um die Fangstokrfte gering zu halten. Je weiter ein Seil sich dehnen kann, desto besser kann die abzufangende Fallenergie von dem Seil absorbiert und die Einwirkung auf den Krper des Kletterers reduziert werden.
Da leuchtet es schnell ein, dass es einen Unterschied macht, ob ich 4 Meter strze und dabei 20 Meter Seil ausgegeben wurde (Sturzfaktor = 4/20, also 0,2), welches meine Fallenergie aufnehmen kann oder ob bei diesem Sturz nur 10 Meter Seil (Sturzfaktor: 0,4) zur Energieaufnahme zur Verfgung stehen. Rein rechnerisch kann der Sturzfaktor max. 2 betragen, was einer Vollbremsung gleicht. Der Faktor 2 ist also der hchstmglicher Sturzfaktor eines gesicherten Kletterers der in der Praxis so nie vorkommen darf.

Grundstzlich ist die Hrte des Sturzes bei gleichem Sturzfaktor gleich egal aus welcher Fallhhe wir strzen. Der kleine Unterschied bei gleichem Sturzfaktor zwischen einem Sturz aus 20 Meter und einem 5 Meter Sturz besteht allein darin, dass die Fangstokraft beim hheren Sturz lnger auf den Krper einwirkt.

Linktipp: Eine nette Animation zum Sturzfaktor findet sich auf der Website von BEAL.

Die auftretenden Fangstokraft ist direkt proportional zum Sturzfaktor. Je hher der Sturzfaktor, desto hrter der Fangsto.

Hier einige Beispiele mit verschiedenen Sturzfaktoren:

Abb.1: Fangstoss, Sturzfaktor und Krpergewicht
Das Diagramm zeigt die Fangstokrfte (in Kilonewton) in Abhngigkeit vom Sturzfaktor und dem Krpergewicht.
Ausgegangen wurde bei unseren Berechnungen vom freien Fall in ein fixiertes Seil (statische Sicherung) mittlerer Hrte.

Die obenstehende Abb.1 zeigt deutlich, dass bei hheren Sturzfaktoren der Einfluss des Krpergewichtes auf den Fangsto zunehmend grer wird.

In Seilgrten (grner Bereich) wird der Sturzfaktor 1 (gelber Bereich) niemals erreicht handelt es sich doch immer um Toprope-Sicherungen, die unterhalb dieses Wertes liegen. In der Praxis sind uns unter extremsten Bedingungen (Todessprung) gemessene Werte bis 4,4KN bekannt.

Abb.2:

Abb.2: G-Wert und Sturzfaktor
Die Abbildung 2 verdeutlicht, dass bei Strzen die relative Belastung (g-Wert=Lastvielfache) bei schwereren Kletterern geringer ist als bei leichteren Krpern.

Bei hheren Sturzfaktoren wird der Einfluss des Krpergewichts auf den g-Wert zunehmend grer. Kurzfristige Belastungen (unter 0,5 Sekunden) unter 10g gelten noch als ungefhrlich siehe gelber Bereich. In Seilgrten (grner Bereich) werden maximal 6g erreicht dieses auch nur bei extremsten Sprngen und fr den Bruchteil einer Sekunde. g-Werte im Vergleich: Kinderschaukel max. 2,5g, Schleudersitz ca. 15-20g, Achterbahn typisch (max) 4 (6) Strze im Seilgarten:

Die auftretenden Krfte sind in Seilgrten relativ gering (i.d.R. 0,9 KN 1,4 KN), handelt es sich doch um Toprope-Sicherungen. Der hchstmgliche denkbare Sturzfaktor liegt bei 0,99, in der Regel aber unter 0,5. Selbst beim sog. Todesprung errechnen wir einen Sturzfaktor von ca. 0,4 und damit einen Fangsto um. 4,3 KN. Dieser Wert wurde in uns bekannten praktischen Versuchen bereits gemessen. Das alles ist fr den menschlichen Krper unbedenklich aber dennoch sehr erlebnisreich:-)
Auf die Umlenkung wirkt max. die doppelte Kraft des Fangstoes also ca. 9 KN. Diese Energie kann nur dann bedenklich werden, wenn das Oberseil, auf dem die Umlenkung angebracht ist, zu wenig Durchhang hat. Siehe dazu unsere anderen Berechnungshilfen (Excel-Dateien).

Der Normsturz:

Um die Qualitt und Eigenschaften (Festigkeit, Dehnungsverhalten, Sturzzahl) von Seilen vergleichen zu knnen, werden Seile dem sog. Normsturz unterzogen. Der Normsturz ist ein in EN-892 definierter Sturz, bei dem ein bestimmtes Gewicht (80 kg) aus einer bestimmten Hhe (4,80 m) herabfllt und vom ausgegebenen Seil (2,80m) abgebremst wird. Das fixierte Seil wird dabei in einem Karabiner (30 cm nach der Fixierung) umgelenkt. Es handelt sich also um einen statischen Sturz mit dem Sturzfaktor ca. 1,71.
Hierbei darf ein bestimmter Fangsto (Einfachseile: 12 KN beim ersten Sturz) sowie eine bestimmte Dehnung (max. 40%)nicht berschritten werden.

Einfachseile werden beim Normsturz mit einem Gewicht von 80 kg getestet. Sie mssen mindestens 5 Strze halten. Der maximal zulssige Fangsto beim ersten Sturz betrgt 12 kN. Die meisten dynamischen Bergseile weisen einen deutlich geringeren Fangsto als 12 kn auf. Beispiel: Das technisches Merkblatt eines dynamisches Seils enthlt folgende Kennzahlen:
Sturzzahl: 13 15 bedeutet, dass dieses Seil 13-15 Normstrze aushlt.
Fangstoss: 9,8 KN bedeutet, dass bei diesem Seil im Normsturz ein Fangsto von 9,8 KN gemessen wird.

Die Fangstodehnung (beim ersten Normsturz) liegt bei modernen Kletterseilen typischerweise zwischen 28 % und 35 %. Bei einem normalen Sportklettersturz mit einem Sturzfaktor von 0,3 liegt die dynamische Dehnung in der Grenordnung um 15 %.

Rechenmodell:

Unsere Rechenmodelle sind nur Annherungen an die Wirklichkeit. Nicht bercksichtigt wurden Luftwiderstand und denkbarer Reibungswiderstand bei Umlenkungen, sowie Absorption durch andere Materialien im Sicherungssystem.
Ausgegangen wurde vom freien Fall und zwar in ein fixiertes Seil. (Man spricht hier von einer statischen Sicherung).

Urheberschutz und Nutzung:

Wir rumen Ihnen ganz konkret das Nutzungsrecht ein, sich eine private Kopie fr persnliche Zwecke anzufertigen.
Nicht berechtigt sind Sie dagegen, die Materialien zu verndern und /oder weiter zu geben oder gar selbst zu verffentlichen.
Die Urheberrechte fr die Berechnungsformeln, Texte, Zeichnungen und Fotos liegen bei: onLINE-Seilgarten / Andreas Dudda.

Haftungshinweis:

Trotz sorgfltiger Kontrolle bernehmen wir keine Haftung fr die Richtigkeit der Krfteberechnung.

Download der Excel-Berechnungshilfe:

http://www.online-seilgarten.de/downloads/kraefteberechnung-im-seilgarten3-stuerze.xls

Copyright www.online-seilgarten.de | Mobiler Niedrigseilgarten | Erlebnispdagogik | Outdoor-Teamtrainings im Landkreis Schaumburg, Hannover, Minden

Quelle dieser Mitteilung: www.online-seilgarten.de