Überblick

"How the Shipping Container Made the World Smaller and the World Economy Bigger" heißt es im Untertitel zu Marc Levinsons Taschenbuch über die Evolution des Containers: "The Box". Tatsächlich hat sich diese geniale Erfindung zur Symbolfigur des heutigen Wirtschaftskreislaufs entwickelt. So einfach der Container auch scheinen mag, so komplex sind die Anforderungen, denen er im alltäglichen Einsatz genügen muss.

In dieser Arbeit soll eine der Anforderungen im Besonderen beleuchtet werden: die dynamische Belastbarkeit der Containerstruktur. Dabei wird der Fokus auf die Längsbeanspruchungen gerichtet sein, die sich im Transport auf der Schiene ergeben und als besonders kritisch identifiziert wurden. Ziel ist es, diese zu analysieren und zu bewerten, um sie anschließend in einem Simulationsmodell nachzubilden. Im Endergebnis soll dieses Simulationsmodell gegen praktische Versuche validiert werden, um Aussagen über die Einflussmöglichkeiten heutiger Berechnungsmethoden zur Vorhersage der dynamischen Belastbarkeit von Containern treffen zu können.

Im Wesentlichen lassen sich vier Kernziele der Dissertation formulieren:

Im Ergebnis soll die Arbeit das Potential von Simulationsmethoden nutzen und dadurch Hersteller bei der Konzeption ihres Containers unterstützen, Prüfern bei der Versuchsdurchführung assistieren und Gutachtern bei der Ergebnisbewertung behilflich sein.

Regelwerke und Ist-Zustand

Am Anfang steht die Frage, nach welchen Regelwerken heute die dynamische Beanspruchbarkeit der Container geprüft wird. Es soll dargestellt werden, woher diese Regelwerke kommen und wohin sie sich entwickeln werden. Bei der Untersuchung von Gemeinsamkeiten und Unterschieden soll auch Fachliteratur aus angrenzenden Prüfgebieten in Betracht gezogen werden, um beispielsweise zu analysieren, ob das Zulassungskriterium eines Containertragwagens mit der des Containers vergleichbar ist. Es bleibt zu klären, ob sich die veränderten Anforderungen an den Container in den aktuellen Vorschriften noch wiederfinden lassen oder ob sich Probleme bei deren Anwendung ergeben. Abschließend soll geprüft werden, inwiefern Simulationswerkzeuge in bestehenden Regelwerken verankert sind.

Versuchsdurchführung und Auswertung

Einer detaillierten Beschreibung der Vorgänge bei der Durchführung dynamischer Auflaufversuche am Container soll eine ebenso detaillierte Auseinandersetzung mit der eigentlichen Auswertung dieser Zulassungsversuche folgen. Welche physikalisch-mathematischen Grundlagen die angewandte Analyse über das Schockantwortspektrum auszeichnet und wie sie sich im praktischen Einsatz bewährt, soll in diesem Kapitel untersucht werden. Dafür können Versuchsdaten aus der zweijährigen Prüfpraxis der TÜV SÜD Rail GmbH herangezogen werden. Diese Daten sollen ebenso hinsichtlich möglicher Korrelationen zu anderen Prüffaktoren analysiert und bewertet werden. Am Schluss steht die Frage, in welchem Maß die Prüfmethode den veränderten Anforderungen gerecht wird und ob sie sich für verwandte Prüfgebiete eignet.

Entwicklung eines Simulationsmodells für Containerauflaufversuche

Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Entwicklung eines Modells zur Abbildung der dynamischen Containerprüfung. Dazu soll im Vorfeld recherchiert werden, welche Vorarbeiten zu diesem Thema existieren und wie sich diese sinnvoll weiterverwenden lassen. Die eigentliche Modellierung des Versuchsaufbaus am Beispiel der TÜV SÜD Rail GmbH ist mit dem Programm Simpack® angestrebt, das sich für die Simulation von Mehrkörpersystemen etabliert hat. Der Detaillierungsgrad des Modells und ob sich ein vereinfachtes Ersatzmodell entwickeln lässt, muss im weiteren Verlauf der Arbeit diskutiert werden.

Validierung der Simulationsergebnisse gegen praktische Versuche

Die beste Möglichkeit den Aussagegehalt von Simulationsergebnissen zu überprüfen, ist der praktische Versuch. Zu diesem Zweck soll ein Referenzcontainer messtechnisch hinreichend ausgerüstet und einer umfangreichen Testreihe unterzogen werden. Die Versuche werden bei der TÜV SÜD Rail GmbH durchgeführt. Im Anschluss bedarf es einem eingehenden Vergleich der Simulations- und Versuchsergebnisse und der daraus resultierenden Anpassung des Simulationsmodells.

Parameterstudie

Ist das Simulationsmodell hinreichend validiert, kann eine intensive Parameterstudie vorgenommen werden. Dabei gilt es, die entscheidenden Einflussparameter auf das Versuchsgeschehen zu identifizieren. Gegebenenfalls werden weitere praktische Versuche zur Überprüfung dieser Parameter erforderlich.

Simulation als Zulassungshilfe

Das Hauptkapitel wird sich mit der Einflussnahme von Simulationswerkzeugen auf zukünftige Containerzulassungsprozesse beschäftigen. Dafür wird im Vorfeld eine ausführliche Analyse bestehender Simulationswerkzeuge im Hinblick auf deren Genauigkeit und Anwendbarkeit für die dynamische Containerprüfung erforderlich. Ein weiterer wesentlicher Schritt ist die Definition von Randbedingungen und Schnittstellen, nach denen eine Einbindung der Simulation in bestehende Normen erfolgen könnte. Welche Vor- und Nachteile sich für Containerhersteller, Prüfinstitute und Behörden ergeben, soll ebenso verfolgt werden, wie die Maßnahmen, die zur schrittweisen Integration der Simulation ergriffen werden müssten. Am Ende könnte der Entwurf eines Regelwerks stehen, der die in der Dissertation behandelten Aspekte komprimiert und in vertretbarer Form der Containerindustrie zugänglich macht.