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Neue Europäische Normen beurteilen Fahrzeugrückhaltesysteme an Straßen (passive Schutzeinrichtungen) entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit und ordnen ihnen auf der Grundlage von Anprallversuchen mit realen Fahrzeugen Leistungsklassen zu. Die bevorstehende verbindliche Einführung dieser Normen macht es erforderlich, die in Deutschland gebräuchlichen Konstruktionen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit zu untersuchen. Die Zielstellung dieses Forschungsprojektes ist dreigeteilt: Es greift offene Fragestellungen aus einem Vorgängerprojekt (Berichte der BASt, Heft V 106) auf, prüft die Einsatzfähigkeit motorradfahrerfreundlicherer Schutzeinrichtungen und untersucht erstmals die Leistungsfähigkeit gebräuchlicher Anfangs- und Endkonstruktionen. Zwei Resultate des Vorgängerprojektes erzeugten erhöhten Handlungsbedarf. In beiden Fällen sind Konstruktionen für den Einsatz im Mittelstreifen betroffen. Bei der DDSP 4,0 in Rohrhülsen für den Einsatz bei Mittelstreifenüberfahrten zeigte sich eine Gefährdung Dritter durch sich unkontrolliert lösende Pfostenteile. Die DDSP 2,0, für den Einsatz im ebenen Mittelstreifen, zeigte nicht die erforderliche Rückhaltewirkung. Beide Schutzeinrichtungen werden modifiziert, um die bisherigen Schwächen zu eliminieren. Bei der DDSP 4,0 werden die zweiteiligen Pfosten durch einteilige ersetzt, im Falle der DDSP 2,0 werden zwei zusätzliche Distanzstücke je Schutzplankenholm eingesetzt (DDSP 2,0 ++). Die Wirkung der Modifikationen werden mit Anprallprüfungen untersucht. Im Bereich der Schutzeinrichtungen mit erhöhtem Schutzpotential für Motorradfahrer werden zwei neuartige Konstruktionen mittels Anprallversuche getestet, das "Kastenprofil mit Unterfahrschutz" sowie die "ESP mit Unterfahrschutz". Mit der Regelabsenkung sowie der Kurzabsenkung werden die beiden in Deutschland mit Abstand gängigsten Konstruktionstypen bei den Anfangs- und Endkonstruktionen mit realen Anprallversuchen geprüft. Während der Anprallversuch an die DDSP 4,0 zeigt, dass der gewählte Lösungsansatz nicht trägt, zeigt die Modifikation der DDSP 2,0 den gewünschten Erfolg: Es gelingt der Nachweis, schwere Fahrzeuge aufhalten zu können, bei gleichzeitig geringer Verletzungsgefährdung für Pkw-Insassen. Beide Konstruktionen mit erhöhtem Schutzpotential für Motorradfahrer genügen den Anforderungen mit Einschränkungen. Hier besteht noch Forschungsbedarf. Es zeigt sich, dass die Regelabsenkung den Anforderungen der Norm im erforderlichen Umfang genügt, während die Kurzabsenkung die Anforderungen nicht erfüllt. Die erzielten Ergebnisse werden in die laufende Überarbeitung der Prüfnorm einfließen. Der Originalbericht enthält als Anhang eine detaillierte Darstellung der Einzelversuche. Auf die Wiedergabe dieses Anhanges wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Er liegt bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und ist dort einsehbar. Verweise auf den Anhang im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.rn
Teil 1: Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, Schutzeinrichtungen auf Brücken mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen nach DIN EN 1317 zu testen und dabei die auftretenden Kräfte zu messen. Gleichzeitig sollen Erkenntnisse über das Verhalten der Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei begrenzten Platzverhältnissen gewonnen werden. In diesem Forschungsprojekt haben sechs Schutzeinrichtungen den Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit gemäß DIN EN 1317 erbracht. Anhand der insgesamt durchgeführten 27 Anprallprüfungen an 14 Systemen zeigt sich, dass die Entwicklung von Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei gleichzeitig begrenztem Wirkungsbereich schwierig ist. Kommen weitere Randbedingungen, wie z.B. Lärmschutz oder Fortführung auf der Strecke hinzu, so zeigt sich, dass derzeit keines der geprüften Systeme universell einsetzbar ist. Für die Verwendung muss vielmehr im Einzelfall geprüft werden, ob und welches System eingesetzt werden kann. Vor diesem Hintergrund wird empfohlen, dass möglichst frühzeitig eine enge Abstimmung der Brückenplanung mit der Streckenplanung erfolgt, um sinnvolle und verkehrssichere Lösungen zu bekommen. Daher sollte nach Möglichkeit bereits in der Planung eines Brückenbauwerkes die Schutzeinrichtung unter Berücksichtigung aller anderen Randbedingungen einbezogen werden. Eine separate Planung der Schutzeinrichtung im Anschluss oder gar die Berücksichtigung als letztes Element des Bauwerks kann dazu führen, dass keine geeignete Schutzeinrichtung zur Verfügung steht. Die Kraftmessungen beruhen auf Einzelereignissen, zeigen aber dennoch die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen und bestätigen damit die vorherigen Untersuchungen. Aus den Messwerten wurden Vorschläge erarbeitet, für welche Einwirkungen Brücken bemessen werden sollen, auf denen die hier diskutierten Schutzeinrichtungen installiert werden sollen. Die Größenordnung der Werte zeigt, dass die Einwirkungen bei H4b-Systemen um bis zu sechsmal höher liegen als der seinerzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 "Einwirkungen" Ausgabe 2003. Damit wurden wichtige Eckwerte für die zukünftige Bemessung neuer Brücken beziehungsweise für das Nachrüsten bestehender Brücken gewonnen. Die Ergebnisse wurden bereits in der Fortschreibung des neuen DIN-Fachberichtes von 2009 berücksichtigt. Die untersuchten und hier vorgestellten Schutzeinrichtungen erfüllen die Anforderungen an Aufhaltefähigkeit und Insaßenschutz und weisen Kraftmessungen auf. Wünschenswert wären weitergehende Entwicklungen, die auch weitere Anforderungen erfüllen, die in diesem Bericht aufgeführt sind. Da die Anforderungen an die Verkehrssicherheit nicht gleichbleibend sind, sondern sich den Anforderungen der Entwicklung anpassen, wird auch zukünftig eine Weiterentwicklung der Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen erforderlich sein. So werden die Anforderungen an das Aufhaltevermögen steigen, wenn zum Beispiel Schwerfahrzeuge mit höheren Lasten auf den Straßen fahren werden. rnTeil 2: Die Untersuchungen haben das Ziel, Schutzeinrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, auch sehr schwere LKW vor dem Absturz von Brücken zu bewahren. Dazu galt es, technische Randbedingungen für die Entwicklung von Schutzeinrichtungen durch die Industrie vorzugeben und geeignete Prüfverfahren zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit auf deutschen Brückenbauwerken zu entwickeln. Im Rahmen des vorliegenden Projektes konnte erstmals gezeigt werden, dass Schutzeinrichtungen, die in einer realen Anprallprüfung der höchsten Aufhaltestufe entsprechend DIN EN 1317 für sehr schwere LKW nachgewiesen haben, auf Brückenbauwerken in Deutschland installiert werden können, ohne inakzeptable Schäden an den Brückenkappen befürchten zu müssen. Darüber hinaus konnten erstmals die Kräfte gemessen werden, die beim Anprallvorgang auf das Bauwerk einwirken. Eine Anprallprüfung stellt zwar ein Einzelergebnis dar. Dennoch zeigen diese Messungen die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen. Aus den Messwerten wurde ein Vorschlag zur Festlegung der bei der statischen Auslegung eines Brückenbauwerks anzusetzenden Einwirkungen (Kräfte und Momente) erarbeitet, wenn auf dem Bauwerk Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen installiert werden sollen. Die genauen Werte der ermittelten Einwirkungsgrößen gelten spezifisch für die untersuchte Schutzeinrichtung. Die Größenordnung der Werte lässt sich jedoch auf andere Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen auf Brücken übertragen. Der Vorschlag sieht Einwirkungen vor, die etwa 3 bis 4 mal höher liegen, als der derzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 "Einwirkungen".
Werden die in Deutschland gebräuchlichen Stahlschutzplanken umgestaltet um das Verletzungsrisiko für Motorradfahrer zu verringern, zeigt sich ein Kompatibilitätsproblem: Die Erhöhung der Sicherheit für Motorradfahrer wird mit Einschränkungen der Sicherheit von Pkw-Insassen erkauft. Um dieses Kompatibilitätsproblem zu lösen wurden unter Federführung der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) neue Nachrüstkomponenten für Stahlschutzplanken entwickelt. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Senkung der Verletzungsschwere für Motorradfahrer. Im vorliegenden Projekt sollten die Nachrüstkomponenten des Systems "EuskirchenPlus" ihre Tauglichkeit auch für Pkw-Insassen in Anprallprüfungen (Crashtests) beweisen. Dies gelang zunächst nicht. Daher wurden die Nachrüstkomponenten zu neuen Konstruktionen ("ESP-Motorrad" und "EDSP-Motorrad") weiterentwickelt, und es gelang, die "ESP-Motorrad" erfolgreich zu prüfen. Die Eignung der "EDSP-Motorrad" wurde aus den vorliegenden Forschungsergebnissen und den Erfahrungen der BASt abgeleitet. Das Kompatibilitätsproblem konnte zwar nicht umfassend gelöst, jedoch soweit beseitigt werden, dass keine relevanten Einsatzbeschränkungen mehr aufrecht erhalten werden müssen. Die "ESP-Motorrad" und die "EDSP-Motorrad" sind auf nahezu allen für Motorradunfälle relevanten Strecken grundsätzlich geeignet, die klassischen Stahlschutzplanken ESP beziehungsweise EDSP zu ersetzen.
In Deutschland kommen an exponierten Stellen sowie an bei Motorradfahrern beliebten Strecken seit längerem auf den Anprall von Motorradfahrern hin optimierte Schutzeinrichtungen zum Einsatz. Damit sollen insbesondere das Hindurchrutschen unter den Schutzplankenholmen oder der Anprall gegen die Pfosten verhindert werden. Mangels nationaler und internationaler Standards zur Prüfung solcher Unterfahrschutzsysteme wurden die verwendeten Systeme nach einem eigens definierten Verfahren getestet. Seit Veröffentlichung der Technischen Spezifikation CEN/TS 1317-8:2012 (mittlerweile DIN CEN/TS 17342:2019-10; DIN SPEC 18193:2019-10) existiert eine Technische Regel, die zumindest den rutschenden Anprall von Motorradfahrern abdeckt. In wie weit die darin enthaltenen Prüfkriterien von den in Deutschland verbauten Systemen erfüllt werden, ist bislang nicht bekannt.
Bei den Schutzeinrichtungen ist grundsätzlich zu unterscheiden, zwischen Herstellerentwicklungen und patentfreien Bestandssystemen, die nach Vorgaben früherer Regelwerke gebaut wurden. Die Betrachtung beschränkt sich in diesem Projekt auf die Ausrüstung von Bestandssystemen, in diesem Fall der einfachen Stahlschutzplanke (ESP).
Der bereits häufig verwendete Unterfahrschutz der ESP 4.0 UFS wurde bereits erfolgreich nach dem Teil 8 der DIN EN 1317 getestet und aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse weiterentwickelt. Zusätzliche Komponenten, die die Anprallheftigkeit reduzieren sollten, wurden entwickelt und getestet. Es war nicht möglich im begrenzten Projektrahmen eine positiv getestete Lösung zu entwickeln. Versagenskriterien konnten jedoch identifiziert und aufgezeigt werden. Hilfreiche Erkenntnisse wurden gewonnen, die für zukünftige Projekte als Basis dienen können.
In Deutschland kommen Tragstrukturen für Verkehrszeichen zum Einsatz, für die nur zum Teil der Nachweis der Umfahrbarkeit bzw. Abscherbarkeit im Sinne der RPS geführt wurde. Es handelt sich im Wesentlichen um einfache Rohrpfosten für Standard-Verkehrszeichen, Gabelständer bestimmter Abmessungen für größere Verkehrszeichen und Trimasten.
In einigen Fällen kommen Tragstrukturen zum Einsatz, die nach den RPS mit Fahrzeug-Rückhaltesystemen (FRS) abzusichern sind. Dies ist nicht immer unbedingt besser, da die Anprallwahrscheinlichkeit an einem FRS deutlich höher einzuschätzen ist als die Anprallwahrscheinlichkeit an einer Tragstruktur.
Gelänge es, Tragstrukturen passiv sicher zu gestalten, also im Idealfall umfahrbar / abscherbar im Sinne der RPS, wäre ein Anprall an eine Tragstruktur vergleichbar ungefährlich wie der Anprall an ein FRS und gleichzeitig auch unwahrscheinlicher. Im Idealfall ist daher ein Gewinn für die Verkehrssicherheit zu erwarten, bei gleichzeitig reduzierten Kosten durch die eingesparten FRS.
In diesem Projekt wurden Tragstrukturen hinsichtlich ihrer passiven Sicherheit untersucht, ertüchtigt, getestet und simuliert. Dabei lag das Augenmerk auf Tragstrukturen, die auf Landstraßen zum Einsatz kommen.
Einschlägige Regelwerke für Verkehrszeichen wurden ausgewertet und eine Vorauswahl an potenziell geeigneten Testobjekten zusammengestellt. Mit dieser Vorauswahl wurden die Straßenbauverwaltungen zum tatsächlichen und üblichen Stand der Technik befragt. Abschließend wurden Befahrungen durchgeführt, um die gesammelten Eindrücke einem Praxistest zu unterziehen, die Häufigkeit relevanter Tragstrukturen einzuschätzen und noch offen gebliebene Fragen zu klären bzw. Daten zu erheben. Auf dieser Basis erfolgte die Festlegung des Typs des Testobjektes. Anschließend wurde das Konstruktionsdesign des Testobjektes für die Prüfung nach DIN EN 12767 festgelegt.
Die Wahl fiel auf den Vierreck-Gitterturm, der ähnlich große konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten wie ein Trimast aufweist. Die Tragfähigkeit eines Viereck-Gitterturms ist jedoch größer und er ist deutlich massiver als ein Trimast. Es war daher zu erwarten, dass es schwieriger als bei den Trimasten werden würde, den Mast so zu gestalten, dass die Grenzwerte für den Nachweis der passiven Sicherheit nach DIN EN 12767 eingehalten werden.
Ein Viereck-Gitterturm wurde umgestaltet und mit Anprallversuchen hinsichtlich seiner passiven Sicherheit nach DIN EN 12767 geprüft. Auf Basis dieser Versuche wurde ein Simulationsmodell erstellt, wobei die Validierung nicht vollständig gelang.
Es wurden im weiteren Verlauf des Projekts drei weitere Versionen des Vierreck-Gitterturms entwickelt und simuliert. Zwei der drei Versionen genügten den Anforderungen der DIN EN 12767 nicht. Die vierte Version entsprach laut Simulation den Anforderungen und es wurde an dieser Version ein Anprallversuch durchgeführt. Da sich der 35-km/h-Versuch im Projekt als der kritischere Versuch herausstellte (in Bezug auf die Bestehenskriterien) wurde dieser Versuch durchgeführt. Die Anprallheftigkeitswerte lagen oberhalb der Grenzwerte der DIN EN 12767. Die Ergebnisse der Simulation konnten nicht bestätigt werden.
Vor diesem Hintergrund erschien es nicht sinnvoll, weitere Simulationen mit dem nicht vollständig validierten Simulationsmodell vorzunehmen. Die verbliebenen Projektressourcen wurden genutzt, um die Untersuchung der passiven Sicherheit der Version 1 des Mastes zu vertiefen und einen weiteren Anprallversuch bei 50 km/h durchzuführen.
Für die Anprallgeschwindigkeit von 50 km/h wurden die Anforderungen der DIN EN 12767 hinsichtlich der Insassensicherheit erfüllt. Der Mast zeigte weitgehend das erwartete Verhalten, streifte allerdings das Fahrzeugheck und drückte die obere Dachkante ein und zerbrach die Heckscheibe.
Der gewählte Vierreck-Gitterturm konnte nicht passiv sicher gestaltet werden. Mögliche Lösungsansätze wurden jedoch gefunden. Ein möglicher Ansatz ist, das Ablösen der hinteren Standrohre beim Anprall zu erleichtern.
Der getestete Viereck-Gitterturm in der Version 1 erfüllt die Anforderungen der DIN EN 12767 für die Geschwindigkeiten 50 km/h und 100 km/h. Dennoch kann keine Geschwindigkeitsklasse zugewiesen werden, da dies zwingend eine bestandene Prüfung bei 35 km/h voraussetzt.
In Anlehnung an ein Interpolationsprinzip der DIN EN 12767 kann davon ausgegangen werden, dass dieser Mast die Anforderungen einer Anprallprüfung bei 70 km/h ebenfalls bestehen würde. Daraus könnten sich Einsatzmöglichkeiten im entsprechenden Geschwindigkeitsbereich ergeben. Gestützt wird diese Auffassung auch durch die gemessenen Dummy-Werte, die alle Grenzwerte (deutlich) unterschritten. Unter gewissen Voraussetzungen könnte der Viereck-Gitterturm in der getesteten Version daher eine erwägenswerte Option sein.
