Newton
Das Newton (Einheitenzeichen: N) ist die gesetzliche Basiseinheit für die physikalische Größe der Kraft im Internationalen Einheitensystem (SI). Benannt nach dem englischen Naturforscher Sir Isaac Newton, beschreibt sie jene Kraft, die einem Körper der Masse 1 Kilogramm, eine Beschleunigung von 1 Meter pro Quadratsekunde (1 m/s²) erteilt (1 N = 1 kg × m/s²). In der technischen Ladungssicherung nach DIN EN 12195 und VDI 2700 ist das DekaNewton (daN) die maßgebliche Kenn- und Rechengröße für Zurrkräfte (LC), Vorspannkräfte (STF), Reibungskräfte und Massenbeschleunigungen.
Physikalische Grundlagen & Gebräuchliche Vielfache
Im gesetzlichen Messwesen (Einheiten- und Zeitgesetz – EinhZeitG) und in der Transporttechnik werden vor allem folgende dekadische (Zehner…) Vielfache und Teile des Newtons verwendet:
- 1 N (Newton): Basiseinheit der Kraft.
- 1 daN (DekaNewton) = 10 N: Die Standard-Einheit der Ladungssicherung.
- 1 kN (KiloNewton) = 1.000 N = 100 daN: Auch als Einheit bei Zurrpunkten am Fahrzeugrahmen sowie bei Aufbaufestigkeiten (DIN EN 12642) gebräuchlich.
- 1 MN (MegaNewton) = 1.000.000 N = 100.000 daN: Relevante Größenordnung im Großanlagen- und Schwertransport sowie bei Brückenlasten.
- 1 mN (MilliNewton) = 0,001 N: In der Transportpraxis ohne technische Bedeutung.
Umrechnung von Masse (kg) in Kraft (daN)
Die Masse eines Körpers erzeugt durch die Erdanziehung (Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s²) eine nach unten wirkende Gewichtskraft (FG):
FG = Masse (kg) × Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)
- Exakt: Eine Masse von 1 kg erzeugt auf der Erdoberfläche eine Gewichtskraft von 9,81 N = 0,981 daN.
- Invertiert (Ermitteln des Kehrwerts): 1 daN entspricht exakt einer Massewirkung von rund 1,02 kg.
- Praxis-Näherung für die Ladungssicherung:In der betrieblichen Praxis und bei behördlichen Kontrollen wird die Erdbeschleunigung zur sicheren und schnellen Handhabung mit g = 10 m/s² vereinfacht:1 kg Masse entspricht näherungsweise 1 daN Gewichtskraft(1 Tonne Masse = 1.000 kg ≈ 1.000 daN Gewichtskraft).
Warum nutzt die Ladungssicherung das „daN“?
Die Verwendung von DekaNewton (daN) im Transportbereich ist kein Zufall, sondern ein geschichtlicher und sicherheitstechnischer Kunstgriff:
1. Ablösung der veralteten Einheit Kilopond (kp)
Bis Ende der 1970er Jahre war im deutschsprachigen Raum das Kilopond (kp) die gängige Krafteinheit. 1 kp war definiert als die Gewichtskraft, die eine Masse von 1 kg am Boden erzeugt (1 kp = 9,80665 N). Bei der gesetzlichen Umstellung auf das SI-Einheitensystem entstand das Problem:
- Hätte man Kräfte in Newton (N) angegeben, wären alle Zahlenwerte auf Etiketten plötzlich um den Faktor 10 größer geworden (Verwirrung auf der Ladefläche).
- Hätte man Kräfte in KiloNewton (kN) angegeben, hätte man mit unhandlichen Kommastellen hantieren müssen (z. B. 0,05 kN statt 50 daN).
2. Der 1:1-Praxisvorteil des DekaNewtons
Durch die Festlegung auf das DekaNewton (1 daN = 10 N) blieb der Zahlenwert nahezu identisch mit dem gewohnten Kilopond (1 kp = 0,981 daN ≈ 1 daN) und korrespondiert direkt mit der Masseangabe in Kilogramm. Das Personal an der Rampe kann dadurch ohne komplizierte Umrechnungstabellen dimensionieren: Eine Palette mit 500 kg Masse erzeugt im Kopf sofort das Bild von 500 daN vertikaler Anpresskraft.
Gesetzliche Verankerung & Normen
Die Einheit Newton bzw. daN und kN ist in allen relevanten Regelwerken zwingend vorgeschrieben:
- Einheiten- und Zeitgesetz (EinhZeitG) & Einheitenverordnung (EinhV): Schreibt das Newton als gesetzliche Einheit im geschäftlichen und amtlichen Verkehr zwingend vor. Angaben von Zurrkräften in „kg“ auf Typenschildern oder Prüfzertifikaten sind rechtlich unzulässig.
- DIN EN 12195-2 / -3 / -4 (Zurrmittel): Schreibt die Kennzeichnung aller Kennwerte zwingend in daN vor:
- LC (Lashing Capacity): Zulässige Zugkraft im geraden Zug / in der Umreifung.
- STF (Standard Tension Force): Normative Vorspannkraft beim Niederzurren.
- SHF (Standard Hand Force): Normierte Handbedienkraft an der Ratsche (stets 50 daN).
- DIN EN 12640 (Zurrpunkte am Fahrzeug): Definiert die zulässigen Zurrkräfte an Zurrpunkten am Fahrzeugchassis in daN oder kN (z. B. Mindestzugkraft 2.000 daN = 20 kN bei schweren Nutzfahrzeugen).
- DIN EN 12642 (Aufbaufestigkeiten Code L / XL): Gibt die Festigkeiten von Stirnwänden, Seitenwänden und Heckportalen in daN oder als Prozentsatz der Nutzlast (P) an (z. B. Stirnwand Code XL: 50 % der Nutzlast P).
Typische Praxis-Fallstricke
- Umrechnungsfehler bei Zurrpunkten (kN vs. daN): Ein am Fahrzeugaufbau eingestanzter Wert von „20 kN“ wird an der Rampe vereinzelt mit „200 daN“ verwechselt. Richtig: 1 kN = 100 daN, somit bietet der Zurrpunkt eine zulässige Festigkeit von 2.000 daN.
- Ignorieren der Handkraft (SHF): Der Wert SHF = 50 daN auf dem Ratschenlabel bezeichnet die genormte Muskelkraft (entspricht etwa 50 kg Handzug), mit der die zertifizierte Vorspannkraft STF erreicht wird. Wer Verlängerungsrohre auf Ratschen steckt, um höhere Kräfte zu erzielen, überlastet das Zahnradgetriebe und riskiert ein plötzliches Abreißen.
KLSK®-Experten-Tipp
Niederzurren
Das Niederzurren (international: Top-Over Lashing) ist das in der Transportpraxis am weitesten verbreitete kraftschlüssige Sicherungsverfahren. Dabei wird das Ladegut durch übergelegte Zurrmittel (in der Regel Zurrgurte) mit einer definierten Vorspannkraft auf die Ladefläche gepresst. Dieser künstlich erzeugte Anpressdruck vergrößert die Normalkraft zwischen Ladegut und Ladeboden. Dadurch steigt die wirksame Reibungskraft, die fahrdynamischen Trägheitskräften beim Bremsen, Anfahren und in Kurven entgegenwirkt. Das Niederzurren sichert somit nicht durch mechanische Anschläge (Formschluss), sondern rein über Reibungsschluss.
Die Ladungssicherung durch Niederzurren beruht auf dem coulombschen Reibungsgesetz:
Reibungskraft = Reibbeiwert (µ) × wirksame Gesamtnormalkraft
Die Gesamtnormalkraft setzt sich zusammen aus der Gewichtskraft des Ladeguts (FG) und der vertikal nach unten gerichteten Komponente der eingebrachten Zurrgurt-Vorspannkräfte (FZurr):
Gesamtnormalkraft = FG + (Vorspannkraft × sin(α))
- Ohne Zurrmittel: Wirkt ausschließlich die Gewichtskraft der Fracht. Bei geringem Reibbeiwert (z. B. glattes Holz auf Siebdruckboden mit µ = 0,2 bis 0,3) reicht diese Eigenreibung niemals aus, um die geforderten 80 % der Masse nach vorn (0,8 g) oder 50 % zur Seite (0,5 g) zu halten.
- Mit Niederzurrung: Jeder Gurt drückt die Ladung zusätzlich auf den Boden. Bei ausreichend vielen Gurten wird die Reibungskraft so weit angehoben, dass sie größer ist als die Trägheitskraft – die Ladung bleibt stehen.
Die drei entscheidenden Einflussgrößen beim Niederzurren
Beim Niederzurren bestimmen drei technische Faktoren, ob eine Sicherung rechnerisch hält oder versagt:
1. Die Vorspannkraft STF (Standard Tension Force) – Niemals die LC ansetzen!
Der gravierendste Fehler an der Laderampe ist die Verwechslung von Zurrkraft (LC) und Vorspannkraft (STF):
- LC (Lashing Capacity): Gibt an, welche Zugkraft das Gurtband beim Direktzurren im Schräg- oder Diagonalzug aushält, bevor es sich plastisch verformt (z. B. 2.500 daN). Die LC spielt für die Berechnung des Niederzurrens keine Rolle.
- STF (Standard Tension Force): Die Kraft, die mit der Handratsche bei einer genormten Handbedienkraft (SHF = 50 daN) tatsächlich in das Gurtband eingeleitet wird.
- Standard-Kurzhebelratschen (Druckratschen) erreichen meist nur STF = 250 bis 450 daN.
- Ergonomische Langhebelratschen (Zugratschen) erreichen STF = 500 daN und mehr.
2. Der Vertikalwinkel α (alpha beeinflusst den Wirkungsgrad der Vorspannung)
Der Vertikalwinkel alpha ist der Winkel zwischen der Ladefläche und dem aufsteigenden Zurrgurt. Er bestimmt, wie viel Prozent der Vorspannkraft überhaupt senkrecht nach unten in den Ladeboden eingeleitet werden:
- alpha = 90 Grad (senkrecht): 100 % der Vorspannkraft wirken als Anpressdruck (sin 90° = 1,0).
- alpha = 60 Grad: Rund 87 % der Kraft wirken nach unten (sin 60° = 0,87).
- alpha = 45 Grad: Nur noch rund 71 % der Kraft kommen am Boden an (sin 45° = 0,71).
- alpha = 30 Grad: Exakt 50 % der Kraft gehen verloren; nur die Hälfte presst an (sin 30° = 0,50).
Normgrenze nach VDI 2700 Blatt 2:
Bei Vertikalwinkeln unter 30 Grad ist das Niederzurren unwirtschaftlich und nach VDI 2700 Blatt 2 technisch zu vermeiden, da Gurte bei extrem flachen Winkeln fast nur noch seitlich ziehen, anstatt vertikalen Druck aufzubauen.
3. Der k-Faktor (Übertragungsbeiwert)
Wird die Ratsche auf der Bedienseite gespannt, gelangt die Kraft durch die Kantenreibung an der Ladung nicht zu 100 % auf die gegenüberliegende Seite:
- Entwicklung der Normen: Die alte Annahme einer pauschalen Kraftverdopplung (k = 2,0) wurde von der Normung (DIN EN 12195-1) bereits 2010 gestrichen, da sie in der Realität ohne Hilfsmittel fast nie erreicht wird. Hier wurde der k-Faktor komplett gestrichen und durch den Sicherheitsbeiwert ⨍S ersetzt.
- VDI 2700 Blatt 2: Die Richtlinie empfiehlt bei Verwendung geeigneter Kantengleiter (Kantenschützer mit guten Gleiteigenschaften) einen Übertragungsbeiwert von k = 1,8. Ohne diesen Nachweis oder bei schlechten Kantenverhältnissen darf auf der ratschenabgewandten Seite konservativ nur mit k = 1,5 gerechnet werden.
- Gegenmaßnahme: Das abwechselnde Setzen der Ratschen (einmal links, einmal rechts) gleicht die ungleiche Kraftverteilung über die gesamte Ladungslänge aus.
Physikalische Grenzen des Niederzurrens
Niederzurren stößt in der Praxis schnell an unverrückbare physikalische Grenzen:
- Wirkungslos bei schweren Massen und glatten Böden: Wiegt eine Ladung 10 Tonnen und steht ohne Antirutschmatte auf einem glatten Boden (µ = 0,2), müssten nach VDI 2700 Blatt 2 rechnerisch 66 Zurrgurte mit Standardratschen (STF= 300daN; k= 1,5) gespannt werden. Das ist weder zeitlich noch am Fahrzeugrahmen, in den über 19 t Last aus der Kraft der Gurtratschen eingeleitet würden, darstellbar.
- Kippgefahr bei schlanken Gütern (Kippsicherung durch Niederzurren):
- Nach VDI 2700 Blatt 2 und DIN EN 12195-1 ist das Niederzurren ausdrücklich auch als Maßnahme gegen Kippen zugelassen und geregelt. Die Vorspannkräfte der Gurte erhöhen über ihren Hebelarm zur Kippkante das stabilisierende Standmoment. Bei der Auslegung muss stets die Kippsicherheit parallel zur Rutschsicherheit berechnet werden – der ungünstigere Wert bestimmt die Gurtanzahl.
- Praxishinweis: Bei extrem schlanken, kopflastigen Gütern kann die erforderliche Anzahl an Niederzurrgurten zur Kippvermeidung sehr hoch werden, weshalb hier oft Direktzurrverfahren (z. B. Kopfschlingen oder Schlingenzurren) wirtschaftlicher sind.
- Druckempfindliche Güter:Kartonagen, Fässer, dünnwandige Maschinenverkleidungen oder Rohre werden durch hohe Vorspannkräfte verformt oder zerdrückt, bevor die rechnerisch erforderliche Haltekraft erreicht ist.
Rechtliche Grundlagen & Normen
- § 22 StVO (Straßenverkehrs-Ordnung): Schreibt vor, dass Ladung so zu sichern ist, dass sie selbst bei Vollbremsung oder plötzlicher Ausweichbewegung nicht verrutscht oder umfällt. Bei einer Kontrolle wird die rechnerische Einhaltung der anerkannten Regeln der Technik überprüft.
- VDI 2700 Blatt 2: Verbindliche Berechnungsnorm für Sicherungskräfte im Straßenverkehr (Berechnung der erforderlichen Gesamtvorspannkraft).
- DIN EN 12195-1: Europäische Berechnungsnorm für Zurrkräfte.
- DIN EN 12195-2: Norm für Zurrgurte aus Chemiefasern (Ausweisung von STF, SHF und LC auf dem blauen Label).
Der normative Konflikt zwischen DIN EN 12195-1 und VDI 2700 Blatt 2
- DIN EN 12195-1 (Anhang B): Gesteht sägerauem Weichholz auf Holzböden im sauberen, trockenen Zustand einen Reibbeiwert von µ = 0,45 zu.
- VDI 2700 Blatt 2: Auf üblichen Siebdruckböden wird im besenreinen Zustand konservativ nur der dynamische Gleitreibbeiwert µD = 0,25 empfohlen (Sperrholz, melaminharzbeschichtet, Siebstruktur/Europaletten (Holz) = 0,25)
- Kontrollbehörden wenden deutschlandweit für Ihre Kontrollpraxis (Polizei / BALM) die DIN EN 12195 an. Diese gilt jedoch nur für Fahrzeuge mit mehr als 3,5t zulässiger Gesamtmasse, weil kleinere Transportfahrzeuge viel höhere Beschleunigungsbeiwerte erreichen können.
Typische Praxis-Fallstricke
- Unterschätzter Reibbeiwert ohne Antirutschmatten: Das Verladen von Holzpaletten direkt auf den Lkw-Boden führt je nach Berechnungsnorm zu massiv höheren Gurtzahlen:
- Während die DIN EN 12195-1 (Anhang B) für trockenes Holz auf Holz von einem Reibbeiwert von µ = 0,45 ausgeht (was etwa dem 2,3-fachen Gurtaufwand gegenüber Antirutschmatten entspricht), setzt die
- VDI 2700 Blatt 2 für typische Ladeböden vorsichtiger nur µ = 0,25 bis 0,30 an.
- Bei µ = 0,30 verfünffacht sich die Anzahl der erforderlichen Zurrgurte gegenüber dem Einsatz zertifizierter Antirutschmatten (µ = 0,60), bei µ = 0,25 steigt der Bedarf sogar auf mehr als das Sechsfache.
- Gurtklemmer und Knoten: Jeder Knoten im Gurtband reduziert die Festigkeit um bis zu 70 % und macht das Zurrmittel augenblicklich ablegereif.
- Zu viele Gurtlagen auf der Wickelwelle: Werden mehr als 4 Bandlagen auf die Welle der Ratsche aufgewickelt, blockiert die Ratsche vorzeitig; die geforderte STF wird nicht annähernd erreicht.
- Fehlender Kantenschutz: Raue Frachtkanten halbieren die Vorspannkraft auf der Gegenseite und führen bei Fahrtbewegungen zum Durchscheuern des Bandes.
- Nicht niederurrfähiges Ladegut: Das Ladegut muss die eingebrachte Kraft aus den Zurrmitteln aufnehmen, aushalten und nach unten zur Reibfläche durchleiten. Nachgiebige Ladegüter können das nicht!
KLSK®-Experten-Tipp