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Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N
Analysen zur Bestimmung der Prüfdauer für Vibrationsprüfungen genormter
Prüfverfahren zur Simulation von Transportschwingungen im
Straßengüterverkehr
Forschungsvereinigung
Deutscher Forschungsverbund Verpackungs-, Entsorgungs-
und Umwelttechnik e.V., Hamburg,
Forschungsstelle
Institut für BFSV an der HAW Hamburg,
Prof. Dr.-Ing. B. Sadlowsky, Dipl.-Ing. F. Volkmann
Hamburg im April 2014
I - Vorwort
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N II
I Vorwort
Das IGF-Vorhaben 17268 N der Forschungsvereinigung Deutscher Forschungsver-
bund Verpackungs-, Entsorgungs- und Umwelttechnik e.V. (DVEU) Hamburg wurde
über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemein-
schaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund
eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
II - Inhaltsverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N III
II Inhaltsverzeichnis
I Vorwort ................................................................................................................. II
II Inhaltsverzeichnis ................................................................................................ III
III Abbildungsverzeichnis ........................................................................................ IV
IV Tabellenverzeichnis ............................................................................................ VI
V Abkürzungsverzeichnis ..................................................................................... VII
1 Einleitung und Forschungsziel .............................................................................. 1
2 Grundlagen .......................................................................................................... 2
2.1 Schutzfunktion der Verpackung ............................................................. 2
2.2 Qualitätssicherung durch Verpackungsprüfungen im Labor ................... 3
2.3 Genormte Verfahren – Belastungsintensität und Prüfdauer ................... 6
2.4 Problematik der Prüfdauer bei rauschförmigen Schwingungen ............. 8
3 Durchführung ....................................................................................................... 9
4 Ergebnisse ......................................................................................................... 12
4.1 Auswahl geeigneter Prüfmuster........................................................... 12
4.2 Optimierung des Prüfaufbaus Muttern auf Gewindestangen ................ 14
4.3 Generieren von Referenzpunkten ........................................................ 16
4.3.1 Prüfeinrichtung und Prüfaufbau ............................................. 16
4.3.2 Untersuche Vibrationsspektren .............................................. 19
4.3.3 Ermittelte Referenzpunkte ..................................................... 21
4.4 Berechnung der simulierten Transportentfernung ................................ 23
4.5 Linearitätsnachweis ............................................................................. 25
4.6 Validierung der Ergebnisse des Prüfaufbaus ....................................... 29
4.7 Äquivalente Prüfdauer ......................................................................... 32
5 Zusammenfassung ............................................................................................. 33
VI Quellenverzeichnis .............................................................................................. X
III - Abbildungsverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N IV
III Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Fälle der Dimensionierung von Verpackungen ........................................ 2
Abb. 2: Überblick Transportbelastungen /5/ ......................................................... 3
Abb. 3: Schwingprüfeinrichtung zur Prüfung von Paketen und Ladeeinheiten ...... 4
Abb. 4: Schematischer Aufbau: Regelkreises einer elektro-dynamischen
Schwingprüfanlage mit digitalem Schwingregelsystem /4/ ....................... 5
Abb. 5: PSD Diagramm nach ISTA 3E / 0,54 grms (li.) und ISTA 1C-1,15
grms (re.) ................................................................................................. 7
Abb. 6: Erzeugen des PSD (re.) aus einem Beschleunigungs-Zeit-Signal (li.)
durch Fourier-Transformation .................................................................. 8
Abb. 7: Prüfaufbau Gewindestangen ................................................................. 13
Abb. 8: Prüfaufbau Sieben von Sand und Gewindestangen, Vorversuch ........... 13
Abb. 9: Prüfaufbau Mutternabstand 50 mm ....................................................... 15
Abb. 10: Prüfaufbau 100 mm ............................................................................... 15
Abb. 11: Schwingprüfanlage RMS SW 3509-TGD 6000 ...................................... 16
Abb. 12: Prüfaufbau Hauptversuche .................................................................... 18
Abb. 13: Präzisionshöhenanreißer nach DIN 862 ................................................ 18
Abb. 14: Prüfkurven SRETS Pegel 1, 2, und 3. /7/ ............................................... 20
Abb. 15: Prüfkurven ASTM D4169 Assurance Level 1, 2, 3 /8/ ............................ 20
Abb. 16: Prüfkurven DIN EN ISO 13355 /9/, ISTA 3E /10/, MIL-STD 810G
/11/ ........................................................................................................ 21
Abb. 17: Linearitätsnachweis SRETS Pegel 3 ..................................................... 26
Abb. 18: Linearitätsnachweis SRETS Pegel 2 ..................................................... 27
Abb. 19: Linearitätsnachweis ASTM D4169, Lv. 2 ............................................... 27
Abb. 20: Linearitätsnachweis DIN EN ISO 13355 ................................................ 28
Abb. 21: Prüfaufbau mit 3 Packstückstapeln ........................................................ 29
Abb. 22: Prüfaufbau mit Stülpdeckel .................................................................... 29
III - Abbildungsverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N V
Abb. 23: Beispiel einer Scheuerstelle .................................................................. 30
Abb. 24: Beispiel einer Delle ................................................................................ 30
Abb. 25: Beispiel einer Scheuerstelle durch Verdrehen ....................................... 31
IV - Tabellenverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N VI
IV Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Normen und Standards mit Angabe der Prüfdauer /
Transportentfernung ................................................................................ 7
Tabelle 2: Referenzprüfspektrum SRETS .............................................................. 10
Tabelle 3: Mögliche Ergebnisse vergleichender Untersuchungen (Beispiel) ........... 11
Tabelle 4: Übersicht Prüfmusterauswahl für Vorversuche und Ergebnisse ............. 12
Tabelle 5: Untersuchte Prüfspektren ...................................................................... 19
Tabelle 6: Zurückgelegte Wege der Muttern mit dem Referenzprüfspektrum in
mm ........................................................................................................ 22
Tabelle 7: Zurückgelegte Wege der Muttern mit den Normprüfspektren in mm ...... 22
Tabelle 8: Verhältnis Normprüfspektren bezogen auf SRETS Pegel 2 ................... 23
Tabelle 9: Verhältnis Normprüfspektren bezogen auf SRETS Pegel 3 ................... 24
Tabelle 10: Simulierte Transportentfernung nach 60 min. in km ............................... 24
Tabelle 11: Prüfdauer je 1000 km in min. ................................................................. 25
Tabelle 12: Zuordnung von Prüfspektren zur Straßenqualität. .................................. 25
Tabelle 13: Bestimmtheitsmaße R² der untersuchten Prüfspektren .......................... 28
Tabelle 14: Mittlere Anzahl der Schäden je Dose ..................................................... 31
Tabelle 15: Umrechnungsfaktoren - äquivalente Prüfdauern genormter
Prüfspektren .......................................................................................... 32
V - Abkürzungsverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N VII
V Abkürzungsverzeichnis
ASTM American Society for Testing and Materials
DIN Deutsches Institut für Normung
EN Europäische Norm
FFT Fast Fourier Transformation
ISO International Organisation for Standardisation
ISTA International Safe Transit Association
LKW Lastkraftwagen
Lv Level
MIL-STD Military Standard (US Militär)
PSD Power Spectral Density (Spektrale Leistungsdichte)
SRETS Source Reduction by European Testing Schedules
TUL Transport, Umschlag, Lagerung
Kapitel 1 - Einleitung und Forschungsziel
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 1
1 Einleitung und Forschungsziel
Für die rohstoffarme exportorientierte Volkswirtschaft Deutschlands besitzt der Im-
und Export von Roh- und Werkstoffen, hochwertigen Halbfabrikaten und Fertigpro-
dukten einschließlich ihres effizienten Transports eine essentielle Bedeutung. Das
Statistische Bundesamt bezifferte das Exportplus für das Jahr 2010 auf 18,5 Prozent
und dass Importplus auf 19,9 Prozent. Nach dem Krisenjahr 2009 trieben vor allem
boomende Schwellenländer wie China, Brasilien und Indien die Geschäfte von Ma-
schinen- und Autobauern, Chemie- und Elektroindustrie, sodass sich Ende des Jah-
res 2011 das deutsche Außenhandelsvolumen deutlich über dem Vorkrisenniveau /1/
befand.
Wesentliche Qualitätsverluste an Waren führen zu Exporteinbußen. Sie werden vor
allem durch mechanische, klimatische und biotische Belastungen hervorgerufen. Bei
der Gestaltung von Versandverpackungen müssen folglich alle auftretenden Faktoren
berücksichtigt und darauf abgestimmte Maßnahmen zum Schutz der Güter ergriffen
werden. Unter- bzw. überdimensionierte Verpackungen verursachen erhöhte Kosten
für Verpackungsmaterial, Abfallentsorgung und Schadensaufwendungen, aber auch
Lieferausfälle infolge von Transportschäden. Experten schätzen, dass nicht belas-
tungsgerechte Verpackungen jährlich Schäden von rund einer halben Milliarde Euro
verursachen. Das sind ca. 10 % aller versicherten Warenschäden. Von diesen Trans-
portschäden wären ungefähr 70 % durch geeignete Schadensverhütungsmaßnah-
men vermeidbar gewesen. /2/
Zu den schadensvorbeugenden Maßnahmen zählt auch die genormte Prüfung der
Verpackung für den weltweiten Versand im Labormaßstab. Neben der Beachtung der
deutschen DIN-Normen müssen deutsche Unternehmen im zunehmenden Maß auf
Forderungen ihrer weltweiten Kunden eingehen und auch internationale Prüfnormen
erfüllen. Diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Parameter Prüfdauer und Prüfin-
tensität untereinander deutlich, obwohl sie grundsätzlich die gleiche Transportentfer-
nung bei gleichem Transportmittel simulieren sollen. Bis heute existieren keine be-
lastbaren Untersuchungen, welche die Prüfspektren untereinander vergleichen. Ein
Vergleich ist nur möglich, wenn die Parameter Prüfdauer und Prüfintensität der ver-
schiedenen Normen ins Verhältnis zur Transportstrecke gesetzt werden können.
Ziel dieses Vorhabens ist es, im ersten Schritt geeignete Prüfmuster und eine geeig-
nete Methodik zu finden, um die Prüfnormen miteinander vergleichbar zu machen
und zu bewerten. Die lückenhaften Prüfnormen sollen ergänzt werden. Aufgrund die-
ser Vervollständigung soll ein Vergleich der Prüfnormen erfolgen.
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 2
2 Grundlagen
2.1 Schutzfunktion der Verpackung
Die Europäische Richtlinie 94/62/EG (vom 20. Dezember 1994) über Verpackungen
und Verpackungsabfälle fordert den sorgsamen Umgang mit Ressourcen. Die darin
enthaltene Zielsetzung zur Vermeidung beziehungsweise Reduzierung von Verpa-
ckungsabfällen erfordert unter anderem zur Wahrung eines ausreichenden Schutzes
der Transportgüter, dass der notwendige Verpackungsaufwand auf die zu erwarten-
den Transportbelastungen abgestimmt werden kann.
Verpackungen haben die Aufgabe Waren in der Distribution, d.h. bei Transport, Um-
schlag und Lagerung, vor Beschädigungen und damit vor Qualitätsminderung oder
gar -verlust zu schützen. Bei der Dimensionierung von Verpackungen sind sowohl
technische, als auch wirtschaftliche Gesichtspunkte zu berücksichtigen. D.h. eine
Verpackung ist im Idealfall so ausgelegt, dass sie durch ein Minimum an Verpa-
ckungsmaterial den technisch notwendigen Schutz für das zu versendende Produkt
bietet.
Der technisch notwendige Schutz ergibt sich aus der Diskrepanz zwischen der Be-
lastbarkeit des unverpackten Produktes (Packgutempfindlichkeit) und den Belastun-
gen, die während Transport, Umschlag und Lagerung (TUL-Belastungen, Transport-
bzw. Versandbelastungen) auf das Produkt einwirken können.
Diese Diskrepanz ist von der Verpackung optimal auszugleichen. Eine Unterdimensi-
onierung der Verpackung ist zu vermeiden, da sie keinen ausreichenden Schutz bie-
tet und eine überdimensionierte Verpackung verschwendet Ressourcen (Abb. 1).
Abb. 1: Fälle der Dimensionierung von Verpackungen
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 3
2.2 Qualitätssicherung durch Verpackungsprüfungen im Labor
Die Überprüfung der Dimensionierung von Verpackungen erfolgt seit vier Jahrzehn-
ten durch Laborprüfungen. Bei diesen Laborprüfungen werden die in der Praxis auf-
tretenden Transportbelastungen mit spezieller Prüftechnik simuliert (Versandsimulati-
on), wobei es für jede Art der Transportbelastung eigene Prüfeinrichtungen gibt.
Untersucht werden häufig auch Produkte ohne Verpackung, damit konstruktiv beding-
te Schwachstellen am Produkt bei Versandbelastungen ermittelt werden können. In
der Folge können angepasste Konstruktionen die Empfindlichkeit des Produktes ver-
ringern und auf diese Weise den notwendigen Verpackungsaufwand reduzieren.
Als Transportbelastung gelten alle physikalischen, chemischen, biologischen oder
sonstigen Einflüsse, die (auch gleichzeitig) während Transport, Umschlag-, und Lage-
rung auftreten und zu Beschädigungen von Transportgütern, Verpackungen und La-
dehilfsmitteln führen können /3/.
Sie lassen sich in folgende Einflussgrößen aufteilen /4/:
Mechanisch-statische Einflüsse, die bei der Lagerung verpackter Produkte
auftreten (Überstapelung)
Mechanisch-dynamische Einflüsse, die während Transport und Umschlag auf-
treten und die statischen Belastungen überlagern
Klimatische Einflüsse, in Form der relativen Luftfeuchte, Luftverschmutzungen
und Temperatureinwirkungen, die permanent auf Transportgüter und deren
Verpackungen einwirken und zudem die mechanischen Belastungen überla-
gern
Biologische Einflüsse, wie Schimmelbildung oder Ungezieferbefall usw.
Abb. 2: Überblick Transportbelastungen /5/
Überblick Transportbelastungen
Mechanische Belastungen Sonstige Einflüsse
Klimaeinflüsse
Druck
Stoß / Fall
Vibration
…
Temperatur
Feuchtigkeit
Sonne (UV)
Regen / Schnee
…
Feuer
Sand / Staub
Diebstahl
Mikroorganismen
…
Ladeeinheiten
Packstücke
Produkte
Mechanische Belastungen Sonstige Einflüsse
Klimaeinflüsse
Druck
Stoß / Fall
Vibration
…
Temperatur
Feuchtigkeit
Sonne (UV)
Regen / Schnee
…
Feuer
Sand / Staub
Diebstahl
Mikroorganismen
…
Ladeeinheiten
Packstücke
Produkte
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 4
Die Thematik dieses Forschungsvorhabens fokussiert sich ausschließlich auf die
spezielle Transportbelastung: Transportschwingungen beim Versand per LKW im
Straßengüterverkehr. Die relevanten Normen sind z. T. lückenhaft und zudem sind
die Auswirkungen dieser Art der Transportbelastungen beim LKW-Transport am
stärksten. Mehrere Studien haben z. B. bestätigt, dass Transportschwingungen im
Luftverkehr keine signifikante Rolle einnehmen (N6, N7).
Durch die so genannte Schwingungsprüfung mit rauschförmiger Anregung wird diese
Transportbelastung simuliert. Dieses Prüfverfahren gilt gemäß DIN EN ISO 13355
(2003) als „ist die realistischste Art, um die bei einem Transport auftretenden Schwin-
gungen zu reproduzieren.“
Als Prüfgerät werden Schwingprüfeinrichtungen eingesetzt, die es in unterschiedli-
chen Baugrößen gibt. Dies ermöglicht neben der Prüfung von kleinen Paketen auch
die Prüfung größerer Packstücke und ganzer Ladeeinheiten (Abb. 3).
Abb. 3: Schwingprüfeinrichtung zur Prüfung von Paketen und Ladeeinheiten
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 5
Die Arbeitsweise des elektrodynamischen Schwingerregers ist vergleichbar mit der
eines Lautsprechers. Die Kraft zur vertikalen Beschleunigung des Schwingtisches ist
dem Spulenstrom, der magnetischen Flussdichte und der Länge des Leiters im mag-
netischen Feld proportional.
Der Schwingtisch besteht aus einem Rippenkörper und der umwickelten Tauchspule.
Über die eingeleitete elektrische Stromstärke lässt sich der Pegel des Schwingerre-
gers steuern. Bei großen Modellen wird das Magnetfeld mit Hilfe von Elektromagne-
ten erzeugt. Die maximale Beschleunigung ist von der Stromstärke, der zu bewegen-
den Gesamtmasse und dem Maximalhub des Schwingerregers abhängig. Eine
Schwingprüfsystem besteht prinzipiell aus Signalgenerator, Leistungsverstärker,
Schwingerreger, Beschleunigungsaufnehmer und einem Rückführverstärker.
Die Lagerung des Schwingerregers erfolgt gedämpft, um die Einleitung von Umge-
bungsschwingungen über den Lagerbock auf den Erreger zu vermeiden, falls eine
starre Befestigung am Boden vorgesehen ist /4/.
Abb. 4: Schematischer Aufbau: Regelkreises einer elektro-dynamischen
Schwingprüfanlage mit digitalem Schwingregelsystem /4/
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 6
Die Schwingungsprüfung mit rauschförmiger Anregung wird in der Regel zeitgerafft
durchgeführt. Die Zeitraffung bedeutet, dass die Prüfung schneller durchgeführt wird,
als der Lkw in der Praxis fährt. Die Zeitraffung wird dadurch erzielt, dass bei der Prü-
fung höhere Schwingungsbelastungen eingeleitet werden, als die tatsächlichen Be-
lastungen beim realen Transport. Sie bietet den Vorteil des Einsparens von Prüfzeit
und damit Prüfkosten. Eine zu starke Zeitraffung kann bei der Prüfung jedoch Schä-
den erzeugen, die beim realen Transport nicht eintreten. In der überwiegenden Zahl
der Normen fehlen Vorgaben über die Prüfdauer und die damit simulierte Trans-
portentfernung.
2.3 Genormte Verfahren – Belastungsintensität und Prüfdauer
Für die Durchführung der Prüfungen existieren national und international genormte
Prüfverfahren. Neben der DIN EN ISO 13355 (2003) beschreiben auch die ASTM
D4169 (2008), diverse Standards der International Safe Transit Association (ISTA)
(2009) und der MIL-STD 810G (2008) die Durchführung dieser Vibrationsprüfung.
Diese Normen geben den Parameter Belastungsintensität vor, mit welcher die Vibra-
tionsprüfung mit rauschförmiger Anregung durchzuführen ist. Die Belastungsintensitä-
ten sind jedoch in jeder Norm unterschiedlich groß, obwohl sie auf Messdaten basie-
ren, die auf westeuropäischen bzw. den US-amerikanischen Autobahnen ermittelt
wurden und daher zumindest annähernd gleich sein sollten.
Die Belastungsintensität der Schwingungsprüfung mit rauschförmiger Anregung wird
mittels eines so genannten PSD - Diagramms (PSD Power Spectral Density, deutsch
Spektrale Leistungsdichte) charakterisiert und in der Einheit g2/Hz angegeben. In die-
sem Diagramm ist die Spektrale Leistungsdichte als Funktion der Frequenz in Hz
aufgetragen. Man bezeichnet das PSD - Diagramm daher auch als Prüfspektrum. Der
einfachen Verständlichkeit halber kann man sich unter der Spektralen Leistungsdich-
te die „mittlere Belastungsintensität“ bei einer bestimmten Frequenz vorstellen (Abb.
5) /8/.
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 7
Abb. 5: PSD Diagramm nach ISTA 3E / 0,54 grms (li.) und ISTA 1C-1,15 grms (re.)
Mittels mathematischer Berechnungen lässt sich über alle Frequenzen eines
Prüfspektrums der so genannte Effektivwert der Beschleunigung bestimmen. Er wird
in der Einheit grms angegeben, wobei „g“ für Beschleunigung steht und „rms“ für root
mean square (dt. Effektivwert). Der Effektivwert der Beschleunigung wird als reprä-
sentative Größe für ein Prüfspektrum angesehen (Tabelle 1).
Der zweite wichtige Parameter ist die Prüfdauer. Über die Prüfdauer enthalten alle
Normen ebenfalls Vorgaben, die sich aber deutlich voneinander unterscheiden. Un-
terschiede bezüglich der Prüfdauer sind generell damit zu erklären, dass sich die Be-
lastungsintensitäten ebenfalls unterscheiden.
Da Vibrationsprüfungen mit rauschförmiger Anregung bei der Nutzung dieser Normen
zeitgerafft durchgeführt werden, ist es für die Auswahl der Prüfdauer notwendig zu
wissen, welche Prüfdauer welche Transportstrecke in der Praxis simuliert.
Konkrete Vorgaben über den Zusammenhang der Prüfdauer und der Transportstre-
cke in der Praxis geben nur der MIL-STD 810G sowie ISTA 3B, 3E + 3H (Tabelle 1).
Tabelle 1: Normen und Standards mit Angabe der Prüfdauer / Transportentfernung
Norm / Standard Prüfspektrum Prüfbelastung Prüfdauer vs.
Transportstrecke
ISTA 3B Project (Palette)
Steel Spring Truck
0,54 grms 1 h Prüfdauer pro 480 km (max. 240 min. Prüfdauer)
ISTA 3E Steel Spring
Truck 0,54 grms
1 h Prüfdauer pro 480 km (max. 240 min. Prüfdauer)
ISTA 3H Steel Spring
Truck 0,54 grms
1 h Prüfdauer pro 480 km (max. 240 min. Prüfdauer)
MIL-STD 810G - 1,08 grms 1h pro 1609 km
Kapitel 2 - Grundlagen
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 8
2.4 Problematik der Prüfdauer bei rauschförmigen Schwingungen
Wie die vorangegangene Erläuterung des PSD – Diagramms gezeigt hat, ist die Zeit
als physikalische Größe in diesem Diagramm nicht berücksichtigt.
PSD – Diagramme werden aus Messungen der Beschleunigung auf den Ladeflächen
verschiedener Transportmittel abgeleitet. Bei solchen Messungen werden mittels mo-
bilen Aufzeichnungsgeräten die Beschleunigungen auf der Ladefläche im Verlauf des
Transports, d.h. über die Zeit, aufgezeichnet. Die erfassten Daten können in einem
Beschleunigungs-Zeit-Diagramm dargestellt werden.
Einen typischen Kurvenverlauf zeigt Abb. 6 (links). Der unregelmäßige Kurvenverlauf
ist auf die Überlagerung von Schwingungen zurückzuführen, die von einer Vielzahl
unterschiedlichen Ursachen ausgehen, z. B. Fahrbahnunebenheiten, die Federung
des Transportmittels und rotierende Antriebsteile. Schwingungsbelastungen beim
Transport treten in Form von Beschleunigungskräften auf der Ladefläche oder im
Frachtraum auf. Sie wirken hauptsächlich in vertikaler Richtung.
Für Laborprüfungen wird aus diesem Beschleunigungs-Zeit-Signal durch die Fourier-
Transformation das PSD – Diagramm erzeugt. Dazu wird das Beschleunigungs-Zeit-
Signal hinsichtlich aller gemessenen Frequenzen und zugehörigen Beschleunigungs-
amplituden analysiert. Diese Informationen enthält das PSD – Diagramm losgelöst
von einem zeitlichen Verlauf.
Abb. 6: Erzeugen des PSD (re.) aus einem Beschleunigungs-Zeit-Signal (li.)
durch Fourier-Transformation
Das PSD – Diagramm stellt damit einen „Rahmen“ für die Laborprüfung dar. Alle bei
der Prüfung erzeugten Schwingungen liegen innerhalb dieses „Rahmens“, d. h. der
definierte Frequenzbereich und die maximalen Amplituden bei jeder Frequenz wer-
den nicht überschritten. Die Schwingungen werden unter Berücksichtigung des Rah-
FFT
Kapitel 3 - Durchführung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 9
mens zufällig erzeugt (engl. random vibration = deutsch rauschförmige Schwingun-
gen).
Die Transformation aus dem Beschleunigungs-Zeit-Bereich in den Beschleunigungs-
Frequenzbereich hat das Problem festzulegenden Prüfdauer zur Folge.
Warum man diese Transformation dennoch vornimmt und nicht einfach das gemes-
sene Beschleunigungs-Zeit-Singal im Labor nachbildet, lässt sich folgendermaßen
begründen. Man würde stets exakt denselben Transport simulieren und folglich für
jede Transportstrecke auf der Welt ein eigenes Signal benötigen. Auch die Prüfung
der Eignung der Verpackung wäre auf diese eine Transportstrecke beschränkt. Das
Erfassen all dieser Daten ist zudem aufgrund des riesigen Umfangs nicht möglich und
der Versender weiß in vielen Fällen ohnehin nicht exakt, auf welcher Strecke sein
Produkt transportiert wird.
Aus diesem Grund wird ein PSD – Diagramm nicht nur auf Basis eines Beschleuni-
gungs-Zeit-Signals berechnet, sondern auf Basis vieler Messungen, die in einem
PSD – Diagramm zusammengeführt werden. Dies berücksichtigt eine Vielzahl von
Transportstrecken und unterschiedliche Transportmittel.
3 Durchführung
Um für ein Prüfspektrum die Relation zwischen der Prüfzeit und der simulierten
Transportentfernung zu ermitteln, sind vergleichende Laborprüfungen notwendig.
Die Basis stellt ein Referenzprüfspektrum dar, für welches das Verhältnis von Prüf-
dauer und tatsächlicher Transportentfernung bereits bekannt ist. Die Eignung des Re-
ferenzprüfspektrums zur Simulation von Transportschwingungen muss gegeben sein.
D.h. eine Prüfung unter Nutzung des Referenzprüfspektrums muss an den Prüfmus-
tern nahezu dieselben Auswirkungen (Schäden) generieren, wie ein realer Transport
in der Praxis.
Diese Anforderung erfüllt nachweislich ein Referenzspektrum, das im Rahmen des
von der Europäischen Union geförderten Forschungsvorhabens „Source Reduction
by European Testing Schedules (SRETS)“ erarbeitet und validiert wurde. Dieses Re-
ferenzprüfspektrum ist nicht zeitgerafft und simuliert eine durchschnittliche Ge-
schwindigkeit von 70 km/h /9/. Für das Prüfspektrum existieren drei Intensitätspegel,
die unterschiedliche Straßenqualitäten repräsentieren, Tabelle 2.
Kapitel 3 - Durchführung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 10
Tabelle 2: Referenzprüfspektrum SRETS
Straßenkategorie SRETS Pegel
Beschreibung
SRETS Pegel 1
0,181 grms
sehr gute Straßenbedingungen, wie z.B. eine neue Auto-
bahn für Transporte innerhalb von West-Europa
SRETS Pegel 2
0,253 grms
schlechte Straßenbedingungen, wie z.B. Umgehungsstra-
ßen oder Straßen der Kategorie 1 mit Reparaturbedarf
für Transporte von/aus Ost-Europa
SRETS Pegel 3
0,415 grms
sehr schlechte Straßenkategorien
Transporte von/aus Ost-Europa mit dem größeren Anteil in
Ost-Europa
Durch Laborprüfungen mit dem Referenzprüfspektrum werden zunächst an unter-
schiedlichen Prüfmustern Schäden generiert, die sich über die Prüfdauer einer
Transportentfernung zuordnen lassen. Im Anschluss werden jeweils neue Exemplare
der gleichen Prüfmuster unter Nutzung der zu erforschenden Normprüfspektren ge-
prüft. Bei diesen Prüfungen sollen jeweils die gleichen Veränderungen / Schadensbil-
der wie mit dem Referenzprüfspektrum erzeugt werden. Aus der dazu benötigten
Prüfdauer kann der Zusammenhang zwischen Prüfdauer und der simulierten Trans-
portentfernung für die Normprüfspektren, wie später in Abschnitt 4.1 beschrieben, be-
rechnet werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Belastungsintensitäten der einzelnen Prüfspektren ist
zu erwarten, dass ein identisches Schadensbild an einem Prüfmuster bei den unter-
schiedlichen Prüfspektren nach unterschiedlichen Prüfzeiten auftritt. Es wird voraus-
gesetzt, dass trotz der unterschiedlichen Prüfzeiten bei gleichem Schadensausmaß
an allen gleichartigen Prüfmustern in der Summe die gleiche Belastung gewirkt haben
muss. Hier ist die Brücke zur Entfernung während eines realen Transportes zu schla-
gen. Die Transportentfernung muss bei identischem Schadensausmaß ebenfalls
identisch sein. Mit Hilfe des Referenzprüfspektrums kann die Transportentfernung zu
einem Schadensbild zugeordnet werden.
Zur Veranschaulichung des Sachverhaltes zeigt Tabelle 3 beispielhaft mögliche Er-
gebnisse der beschriebenen Vorgehensweise. Die Werte sind frei gewählt. Vergli-
chen werden das Referenzprüfspektrum SRETS mit den drei Prüfspektren der Nor-
men A, B und C. Die Belastungsintensitäten aller Spektren sind unterschiedlich und
Kapitel 3 - Durchführung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 11
symbolisch den Werten I – IV zugeordnet. Dasselbe Schadensbild „1“ ist bei den vier
Prüfungen nach unterschiedlichen Prüfdauern aufgetreten. Da die simulierte Trans-
portgeschwindigkeit von 70 km/h für das Referenzspektrum bekannt ist, lässt sich die
Transportentfernung von 210 km berechnen. Basierend auf dieser Transportentfer-
nung und den jeweiligen Prüfdauern der Normen A, B und C bis zur Schadensentste-
hung kann die simulierte Transportgeschwindigkeit für diese drei Normen berechnet
werden. Die Relation zwischen der Prüfzeit und der simulierten Transportentfernung
ist damit für jede Norm bekannt.
Tabelle 3: Mögliche Ergebnisse vergleichender Untersuchungen (Beispiel)
Prüfspektrum Scha-
densbild Prüfbe-lastung
Prüf-dauer
Transport-strecke
Simulierte Transportge-schwindigkeit
simv
Referenz-prüfspektrum
SRETS 1 I
180 min.
210 km 70 km/h
Prüfspektrum Norm A
1 II 90 min. 210 km 140 km/h
Prüfspektrum Norm B
1 III 60 min. 210 km 210 km/h
Prüfspektrum Norm C
1 IV 30 min. 210 km 420 km/h
Zusammengefasst sind nachfolgende Arbeitsschritte erforderlich.
1. Auswahl geeigneter Prüfmuster
2. Erzeugen von quantifizierbaren Veränderungen an den Prüfmustern mit dem
Referenzprüfspektren (3 verschiedene Belastungspegel)
3. Reproduzieren dieser quantifizierbaren Veränderungen mittels der zu verglei-
chenden Prüfspektren aus den Normen
4. Berechnung der simulierten Transportentfernung der zu vergleichenden
Prüfspektren aus den Normen
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 12
4 Ergebnisse
4.1 Auswahl geeigneter Prüfmuster
In Vorversuchen wurden zunächst geeignete Prüfmuster gesucht. Wichtig für die Eig-
nung als Prüfmuster war neben technischen Randbedingungen der vorhandenen
Prüftechnik, die Eigenschaft, dass durch einwirkende Vibrationen messbare Verände-
rungen am Prüfmuster erzeugt werden und dass mehrere Prüfmuster gleichzeitig ge-
prüft werden können, um eine hinreichende Anzahl von Messwerten zu erhalten. Auf
Basis dieser Randbedingungen wurden nachfolgend in Tabelle 4 genannte Prüfmus-
ter in Betracht gezogen. Die erläuterten zu erwartenden Veränderungen an den
Prüfmustern infolge von Vibrationen waren in der Vergangenheit teilweise bei Labor-
prüfungen der Forschungsstelle beobachtet worden.
Es wurden Glühlampen Brausetabletten in Kunststoffröhrchen, Getränkegranulat in
einem Kunststoffbehälter, Sand in einer Siebvorrichtung, Kunststoff-Kugeln mit glän-
zender Oberfläche in einem Kunststoffbehälter sowie auf vertikal stehenden Gewin-
destangen applizierte Muttern untersucht. Die erwarteten Veränderungen an den
Prüfmustern unter Einfluss von Vibrationen sowie eine mögliche Messgröße zur Be-
schreibung der Veränderung sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4: Übersicht Prüfmusterauswahl für Vorversuche und Ergebnisse
Prüfmuster Erwartete Verän-derungen durch
Vibrationen
Messgröße der Ver-änderung
Ergebnis des Vorversuches
1 Glühlampen Zerreißen des Glühfadens
Zeit bis zum Reißen des Glühfadens
Kein Riss des Glühfadens*
2
Brausetabletten verpackt in Kunststoffröhr-chen
Zerbröseln durch Aneinanderstoßen
Zeitlich veränderliche Menge des Abriebs
Keine Bildung von Abrieb*
3
Getränkegranulat in einem Kunst-stoffbehälter
Zerbröseln durch Aneinanderstoßen
Zeitlich veränderliche Menge des Abriebs
Keine Bildung von Abrieb*
4 Sand in einer Siebvorrichtung
Durchfallen des Sands in einen Auffangbehälter
Zeitlich veränderliche Menge des durchge-siebten Sands
Sand fiel durch Siebvorrichtung
6
Kunststoff-Kugeln mit glänzender Oberfläche in einem Kunst-stoffbehälter
Ausbildung von Scheuerstellen
Zeitlich veränderliche Größe und Anzahl der Scheuerstellen auf den Kugeloberflächen
Keine sichtba-ren Scheuer-stellen
7
Auf vertikal ste-henden Gewin-destangen appli-zierte Muttern
Senkrechte Be-wegung der Mut-tern auf entlang der Gewindestan-gen
Zurückgelegte Weg je Zeiteinheit
Bewegung der Muttern trat ein
* nach 12 h Vibrationsprüfung mit Pegel 1, 2, und 3 des Referenzprüfspektrums
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 13
Im Rahmen der Vorversuche wurde alle Prüfmuster den Belastungen des Referenz-
prüfspektrums SRETS ausgesetzt, um zu ermitteln, ob an den Prüfmustern überhaupt
Veränderungen auftreten und ob diese messbar sind. Begonnen wurde jeweils mit
dem niedrigsten Pegel 1 (gute Straßen). Wenn bei diesem Pegel keine Veränderun-
gen an den Prüfmustern auftraten, wurde der nächst stärkere Pegel 2 gewählt
(schlechte Straßen) bzw. im Anschluss daran der höchste Pegel 3 (sehr schlechte
Straßen). Die Prüfung erfolgte je Pegel für max. 12 h.
Bei den Glühlampen, den Brausetabletten, dem Getränkegranulat und den Kugeln
traten unter den eingeleiteten Belastungen keinerlei Veränderungen auf, so dass sie
nicht als Prüfmuster geeignet waren. Als am besten geeignet kristallierten sich die
Muttern auf den Gewindestangen und die Siebvorrichtung mit dem Sand heraus, da
im zeitlichen Verlauf der Schwingungseinwirkung die Muttern auf den Gewindestan-
gen kontinuierlich nach unten rutschten bzw. die durchgesiebte Menge Sand zunahm.
Die Ergebnisse der Vorversuche sind Tabelle 4 in aufgelistet.
Aufgrund der beobachteten Ergebnisse wurden die Muttern auf den Gewindestangen
und die Siebvorrichtung mit dem Sand als potentielles Prüfmuster zunächst weiterge-
hend untersucht Abb. 7 und Abb. 8.
Abb. 7: Prüfaufbau Ge-windestangen
Abb. 8: Prüfaufbau Sieben von Sand und Gewin-destangen, Vorversuch
Der Prüfaufbau mit dem Sieb entwickelte sich im weiteren Verlauf als nur bedingt ge-
eignet, da der Sand bei den genormten Prüfspektren mit Zeitraffung und entspre-
chender Überhöhung der Belastung in nur wenigen Minuten die Siebfaktionen durch-
lief, während es mit dem Referenzspektrum mehrere Stunden dauerte.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 14
Dies hätte zu unrealistischen Werten für die simulierte Transportstrecke von mehre-
ren Tausend Kilometern pro Stunde geführt. Darüber hinaus ergaben wiederholte
Versuche mit dem Referenzspektrum sehr stark streuende Ergebnisse. Es wurde
festgestellt, dass der Sand während der Prüfung mit dem Referenzspektrum z.T. ver-
klumpte – wahrscheinlich aufgrund der Feuchtigkeitsaufnahme aus der Raumluft, da
die Schwingprüfanlage nicht in einem klimatisierten Labor betrieben werden kann.
4.2 Optimierung des Prüfaufbaus Muttern auf Gewindestangen
Mit dem Prüfaufbau der Muttern auf den Gewindestangen wurden weiterführende Un-
tersuchungen durchgeführt. Der Prüfaufbau war insofern zu optimieren, dass mit allen
drei Pegeln des Referenzprüfspektrums Bewegungen der Muttern generiert werden
können und dass ein geeigneter Abstand der Muttern auf einer Gewindestange fest-
gelegt werden kann.
Zunächst wurden Standard-Muttern verwendet. Bei diesen Muttern wurden allerdings
nur Bewegungen bei Anregung mit Pegel 2 und 3 des SRETS Referenzspektrums
registriert. Bei Pegel 1 verharrten die Muttern in ihrer Ausgangsposition. Als Alternati-
ve wurden anschließend flachere Muttern untersucht und es zeigten sich bei allen
drei Pegeln Bewegungen der Muttern. Als Abbruchkriterium ist ein zu schnelles Auf-
einandertreffen zweier Muttern auf derselben Gewindestange zu vermeiden, da ihre
Beweglichkeit trotz einwirkender Vibrationen nicht mehr sichergestellt wäre. Für die
Ermittlung eines geeigneten Abstands der Muttern wurden zunächst 3 bzw. 4 Muttern
im Abstand von 50 mm auf je eine Gewindestange (Länge 500 mm) appliziert, Abb. 9.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 15
Abb. 9: Prüfaufbau Mutternabstand 50 mm Abb. 10: Prüfaufbau 100 mm
Mit dem intensivsten Pegel (SRETS Pegel 3) wurde das Abbruchkriterium nach 20
min erreicht. Mit einer geringeren Leistungsdichte (SRETS Pegel 2) wurde es nach
40 min erreicht. Im Versuch mit der geringsten Leistungsdichte (SRETS Pegel 1)
wurde das Abbruchkriterium nach 120 min. noch nicht erreicht und die Versuchs-
durchführung beendet. Um bei SRETS Pegel 2 und 3 eine längere Prüfdauer zu er-
möglichen, wurde festgelegt die Abstände der Muttern bei dem Prüfaufbau auf 100
mm zu verdoppeln, Abb. 10.
Die Prüfungen wurden nun wiederholt, wobei der Abstand der Muttern 100 mm be-
trug. Es wurde eine längere Gewindestange (1000 mm) eingesetzt, um im Hinblick
auf eine möglichst hohe Anzahl von Messwerten die Anzahl der Muttern je Gewin-
destange zu erhöhen. Neben den drei SRETS Pegeln wurden nun auch die Prüfspek-
tren aus MIL STD 810 G sowie ASTM D4169 (Assurance Level 1) verwendet. Bei
keinem der fünf Prüfspektren kam es nach 60 min. Prüfdauer zu einem Aufeinander-
treffen der Muttern.
Im nächsten Schritt sollte der Einfluss der Position der Gewindestange auf der
Schwingprüfanlage untersucht werden. Auf der quadratischen Plattform der Schwing-
1
0
50 mm
100 mm
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 16
prüfanlage können 32 Gewindestangen eingeschraubt werden. Im Rahmen der Opti-
mierung des Prüfaufbaus wurden fünf Gewindestangen verteilt von der Plattformmitte
bis zu den Rändern / Ecken befestigt und die vorgenannten Prüfungen erneut für 60
min. durchgeführt. Hierbei zeigten sich bei den verschiedenen Gewindestangen deut-
liche Unterschiede des zurückgelegten Weges der Muttern und zum anderen trafen
bei dem Prüfspektrum aus MIL STD 810 G Muttern aufeinander. Als Schlussfolge-
rungen daraus wurde der Mutternabstand von 100 mm auf 200 mm erhöht, was eine
Reduzierung der Anzahl der Muttern je Gewindestange von 9 auf 4 zur Folge hatte.
Um die Streuungen der Messwerte bzgl. der Lage auf der Plattform der Schwing-
prüfanlage zur berücksichtigen wurde festgelegt, alle 32 Befestigungspunkte mit Ge-
windestangen zu bestücken.
4.3 Generieren von Referenzpunkten
4.3.1 Prüfeinrichtung und Prüfaufbau
Für die Untersuchungen wurde eine elektro-dynamische Schwingprüfanlage vom Typ
RMS SW 3509-TGD 6000 verwendet Abb. 11.
Abb. 11: Schwingprüfanlage RMS SW 3509-TGD 6000
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 17
Die Schwingprüfanlage ist nachfolgend spezifiziert:
vertikale Prüfachse
Frequenzbereich: 3 - 3000 Hz
Schwingweg: max. +/-14 mm
Beschleunigung: max. 80 g
Kraftvektor (Sinus/Rauschen): 7,5 kN / 6,8 kN
Prüfstückmasse: max. 100 kg
Tischgröße: 52 x 52 cm
Gewindeeinsätze: M 8
Lochraster: 75 x 75 mm
Der in Abschnitt 4.2 optimierte Prüfaufbau wurde für die nachfolgend im Abschnitt
4.3.3 dargelegten Hauptuntersuchungen verwendet und ist wie folgt spezifiziert:
32 Gewindestangen aus Werkzeugstahl, Länge: 1000 mm
4 Flachmuttern pro Gewindestange (128 Flachmuttern aus Edelstahl)
Abstand der Flachmuttern: 200 mm
Präzisionshöhenanreißer nach DIN 862 zum Messen der zurückgelegten We-
ge der Flachmuttern, Abb. 12
Im Folgenden ist der Prüfaufbau abgebildet, Abb. 13. Es sind die Muttern in 4 Ebenen
in einer Höhe von 200, 400, 600 und 800 mm über der Plattform dargestellt.
Zu Beginn jedes Versuches werden die Muttern entsprechend manuell in ihre Aus-
gangsposition gebracht und am Ende des Versuches wird die Endposition jeder Mut-
tern einzeln gemessen. Aus der Differenz ergibt sich der zurückgelegte Weg jeder
einzelnen Mutter.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 18
Abb. 12: Präzisionshöhenanreißer nach DIN 862
Abb. 13: Prüfaufbau Hauptversuche
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 19
4.3.2 Untersuche Vibrationsspektren
Neben den drei Intensitätspegeln des Referenzprüfspektrums SRETS wurden die in
der Praxis typischerweise eingesetzten Prüfspektren untersucht, Tabelle 5.
Tabelle 5: Untersuchte Prüfspektren
Norm / Standard Prüfspektrum Prüfbelastung Prüfdauer vs.
Transportstrecke
SRETS Pegel 1 0,181 grms 70 km/h auf guten Straßen
SRETS Pegel 2 0,253 grms 70 km/h auf schlechten Stra-
ßen
SRETS Pegel 3 0,415 grms 70 km/h auf sehr schlechten
Straßen
ASTM D4169, Truck, Assur-ance Level 1
0,730 grms
Minimal 30 min. bis max. 6h, ohne Angabe eins Bezugs zur
Transportentfernung ASTM D4169,
Truck, Assur-ance Level 2
0,520 grms
ASTM D4169, Truck, Assur-ance Level 3
0,370 grms
ISTA 3E Steel Spring
Truck 0,540 grms
1 h Prüfdauer pro 480 km (max. 240 min. Prüfdauer)
MIL-STD 810G - 1,08 grms 1h pro 1609 km
DIN EN ISO 13355 - 0,590 grms keine Angabe
In den nachfolgenden Diagrammen sind die Kurvenverläufe der einzelnen Prüfspek-
tren dargestellt, Abb. 14 bis Abb. 16.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 20
Abb. 14: Prüfkurven SRETS Pegel 1, 2, und 3. /7/
Abb. 15: Prüfkurven ASTM D4169 Assurance Level 1, 2, 3 /10/
0,00000
0,00001
0,00010
0,00100
0,01000
0,10000
1 10 100
g²/Hz
HzSRETS Pegel 1 SRETS Pegel 2 SRETS Pegel 3
0,00000
0,00001
0,00010
0,00100
0,01000
0,10000
1 10 100
g²/Hz
HzASTM D 4169, Ass. Lv. I, Truck ASTM D 4169, Ass. Lv. II, Truck
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 21
Abb. 16: Prüfkurven DIN EN ISO 13355 /11/, ISTA 3E /12/, MIL-STD 810G /13/
4.3.3 Ermittelte Referenzpunkte
Das im Abschnitt 3 beschriebene grundsätzliche Vorgehen zum Generieren von Re-
ferenzpunkten in Form von Schadensbildern als Grundlage für einen Vergleich der
Prüfspektren und die Ermittlung der simulierten Transportentfernung wurde für diesen
Prüfaufbau folgendermaßen umgesetzt. Das Generieren eines konkreten Referenz-
punktes in Form des mittleren zurückgelegten Weges der Muttern auf den Gewin-
destangen mit allen zu untersuchenden Prüfspektren sowie den drei Pegeln des Re-
ferenzprüfspektrums stellte sich als nicht praktikabel heraus. Die hätte eine perma-
nente Messung aller zurückgelegten Wege erfordert. Anstelle dieses Vorgehens wur-
de der umgekehrte Ansatz gewählt und die Prüfzeit vorgegeben, nach der die zu-
rückgelegten Wege der Muttern zu messen waren, um diese anschließend in ein
Verhältnis zu setzen. Als Referenzzeitpunkt wurde eine Prüfzeit von 60 min. festge-
legt. Um später die simulierte Transportentfernung in Abhängigkeit der Prüfzeit be-
rechnen zu können, wurden ausgewählte Prüfspektren hinsichtlich des linearen Zu-
sammenhangs zwischen Prüfdauer und Weg der Muttern untersucht (s. Abschnitt
4.5.)
Jeder Versuch wurde mit jedem Prüfspektrum viermal wiederholt, so dass für die
Auswertung für jedes Prüfspektrum 512 Messwerte vorlagen. In Tabelle 6 und Tabel-
0,00000
0,00001
0,00010
0,00100
0,01000
0,10000
1 10 100
g²/Hz
HzDIN EN ISO 13355 ISTA 3E MIL-STD810G
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 22
le 7 sind die Mittelwerte getrennt nach den einzelnen Ebenen der Muttern über alle
vier Wiederholungen dargestellt. Bei dem Prüfspektrum nach MIL-STD 810 G wurden
die Prüfungen nur 15 min. durchgeführt, da sich die Muttern extrem schnell beweg-
ten. Für den Vergleich wurden die Werte auf 60 min. hochgerechnet. Die Werte spie-
geln die sehr hohe Intensität dieses Spektrums wider. Die sich mit diesen Werten
entsprechend ergebenden simulierten Transportentfernungen erscheinen unrealis-
tisch, weshalb eine weitere Betrachtung dieses Prüfspektrums nicht erfolgte. Es ist
anzumerken, dass dieses Prüfspektrum dem US Militär entstammt und entsprechend
große Sicherheiten für militärische Anwendungen vorhält. Der Vergleich zu zivilen
Anwendungen resp. den normalen Straßentransportes wird deshalb nicht als sinnvoll
erachtet.
Tabelle 6: Zurückgelegte Wege der Muttern mit dem Referenzprüfspektrum in mm
Ebene der Muttern auf der Gewin-
destange
SRETS Pegel 1 SRETS Pegel 2 SRETS Pegel 3
1 0,62 2,85 7,42
2 1,40 5,39 23,76
3 1,13 4,85 18,61
4 0,67 3,50 6,97
Tabelle 7: Zurückgelegte Wege der Muttern mit den Normprüfspektren in mm
Ebene der Muttern auf der Gewin-
destange
ASTM Lv 1
ASTM Lv 2
ASTM Lv 3
ISTA 3E MIL-STD
810 G
DIN EN ISO
13355
1 121,3 31,3 3,5 48,8 598,3 64,3
2 132,1 67,8 18,5 94,8 391,4 102,4
3 117,9 64,2 11,8 85,4 244,4 114,5
4 112,1 22,8 2,0 35,3 580,2 56,1
Die ermittelten Werte zeigen, dass in den beiden mittleren Ebenen (2 und 3) deutlich
größere Wege zurückgelegt werden, als in der untersten und der obersten Ebene (1
und 4). Dies spiegelt das Verhalten verschiedener Produkt-Verpackungssysteme in
der Praxis wider. Auch diese reagieren auf gleiche Belastungen unterschiedlich, wes-
halb bei einigen Produkten Schäden entstehen und bei anderen nicht.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 23
4.4 Berechnung der simulierten Transportentfernung
Für das Referenzprüfspektrum SRETS ist bekannt, dass es in einer Stunde Prüfdauer
70 km Transportstrecke simuliert, wobei jeder der drei Pegel eine unterschiedliche
Straßenqualität repräsentiert. Bei den zu vergleichenden Normprüfspektren wurden
während mit der Prüfdauer von ebenfalls 60 min. deutlich größere zurückgelegte We-
ge gemessen. D.h. es müssen deutlich längere Transportstrecken simuliert worden
sein. Die simulierte Transportstrecke entspricht damit dem Verhältnis der mit den
Normprüfspektren gemessenen Wege zu den Referenzprüfspektren, jeweils mit dem
Bezug zu einer bestimmten Straßenqualität, ausgedrückt durch die Intensitätspegel
bei SRETS. Die bei SRETS Pegel 1 gemessenen Werte sind als absolute Werte sehr
gering und gleichzeitig auch im Verhältnis zu den Werten der Normprüfspektren als
sehr gering zu bewerten Tabelle 6. Es ist davon auszugehen, dass die Norm-
prüfspektren bezogen auf SRETS Pegel 1 zu stark überhöht sind, als dass sie sich
zur Simulation von sehr guten Straßenverhältnissen (SRETS Pegel 1) eignen. Aus
diesem Grund wurden nur die Verhältnisse mit Bezug zu SRETS Pegel 2 und 3 be-
rechnet, Tabelle 8 und Tabelle 9.
Tabelle 8: Verhältnis Normprüfspektren bezogen auf SRETS Pegel 2
Ebene der Muttern auf der Gewin-
destange
ASTM Lv 1
ASTM Lv 2
ASTM Lv 3
ISTA 3E DIN EN
ISO 13355
1 42,6 11,0 1,2 17,1 22,6
2 24,5 12,6 3,4 17,6 19,0
3 24,3 13,2 2,4 17,6 23,6
4 32,0 6,5 0,6 10,1 16,0
Mittelwert 30,9 10,8 1,9 15,6 20,3
Standard-abweichung
8,6 3,0 1,3 3,7 3,5
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 24
Tabelle 9: Verhältnis Normprüfspektren bezogen auf SRETS Pegel 3
Ebene der Muttern auf der Gewin-
destange
ASTM Lv 1
ASTM Lv 2
ASTM Lv 3
ISTA 3E DIN EN
ISO 13355
1 16,3 4,2 0,5 6,6 8,7
2 5,6 2,9 0,8 4,0 4,3
3 6,3 3,5 0,6 4,6 6,2
4 16,1 3,3 0,3 5,1 8,0
Mittelwert 11,1 3,4 0,5 5,1 6,8
Standard-abweichung 5,9 0,6 0,2 1,1 2,0
Durch Multiplikation der in Tabelle 8 und Tabelle 9 dargestellten Verhältnisse mit der
simulierten Transportentfernung bei SRETS in Höhe von 70 km/h lässt sich aus den
Mittelwerten nun berechnen, welche Transportentfernung mit den Normprüfspektren
simuliert einer Stunde wurde, Tabelle 10.
Tabelle 10: Simulierte Transportentfernung nach 60 min. in km
Referenz-prüfspektrum
ASTM Lv 1
ASTM Lv 2
ASTM Lv 3
ISTA 3E DIN EN
ISO 13355
SRETS Pegel 2 2160 758 133 1092 1421
SRETS Pegel 3 775 243 39 355 476
Die Werte aus Tabelle 10 drücken gleichzeitig die Geschwindigkeit im km/h aus, die
simuliert wurde. Damit wird deutlich, dass es nicht sinnvoll ist jede theoretisch mögli-
che Verbindung der Normprüfspektren zu den zwei Pegeln des Referenzspektrums
herzustellen. Extrem hohe Werte über 1000 km/h bedeuten gleichermaßen, eine
stark überhöhte Belastung, durch welche die Zeitraffung erzielt wird. An dieser Stelle
besteht die Gefahr, dass bei den Prüfungen ggf. Schäden erzeugt werden, die bei re-
alen Transporten so nicht auftreten würden. Liegt die ermittelte simulierte Geschwin-
digkeit unterhalb der 70 km/h des Referenzprüfspektrums, ist die Verwendung eben-
falls nicht sinnvoll, vgl. ASTM Lv 3 und SRETS Pegel 2.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 25
Zu weiteren Bewertung eignet sich eine Normierung der Werte in die Prüfdauer zur
Simulation von 1000 km Straßentransport, wobei entsprechend der vorangegange-
nen Erläuterungen nur sinnvolle Kombinationen angegeben sind, Tabelle 11.
Tabelle 11: Prüfdauer je 1000 km in min.
Referenz-prüfspektrum
ASTM Lv 1
ASTM Lv 2
ASTM Lv 3
ISTA 3E DIN EN
ISO 13355
SRETS Pegel 2 - 79 - - -
SRETS Pegel 3 77 - - 169 126
Das Prüfspektrum ASTM D4169 Lv 3 wird aufgrund der geringen Intensität als unge-
eignet für beide Pegel 2 und 3 erachtet und ist eher dem Pegel 1 (sehr gute Straßen
zuzuordnen). Die Angabe einer Prüfdauer je 1000 km ist jedoch nicht möglich, da für
SRETS Pegel 1 nur sehr geringe Absolutwerte gemessen wurden, Tabelle 6. Hier
könnten Messfehler zu erheblichen Fehlern in den weiteren Berechnungen führen.
Tabelle 12 stellt die Zuordnung der Prüfspektren zu den Straßenqualitäten noch ein-
mal zusammenfassend dar.
Tabelle 12: Zuordnung von Prüfspektren zur Straßenqualität.
Straßenqualität Gut Schlecht Sehr schlecht
Prüfspektrum Echtzeit
Zeitgerafft
SRETS Pegel 1 SRETS Pegel 2 SRETS Pegel 3
ASTM D4169 Ass. LV. 1 x
ASTM D4169 Ass. LV. 2 x
ASTM D4169 Ass. LV. 3 x
DIN EN ISO 13355 x
ISTA 3E, 3B, 3H x
4.5 Linearitätsnachweis
Linearität ist die Eigenschaft eines Systems auf die Veränderung eines Parameters
stets mit einer dazu proportionalen Änderung eines anderen Parameters zu reagie-
ren. Da jede Vergleichsaussage auf der zeitlichen Linearität der jeweiligen Prüfspek-
tren basiert, ist es sinnvoll diesen Nachweis zu erbringen. Gesicherte Aussagen über
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 26
eine Verdopplung der Prüfdauer, welche eine Verdopplung der Transportstrecke si-
muliert, sind dann möglich.
Es wurden vier Spektren untersucht und für jedes Prüfspektrum die zurückgelegten
Wege der Muttern viermal, jeweils im Abstand von 60 resp. 45 Minuten Prüfdauer,
gemessen und für jeden der vier Zeitpunkte der Mittelwert über alle 128 Muttern des
Prüfaufbaus gebildet. Die Werte sind in den nachfolgenden Diagrammen dargestellt.
Abb. 17 bis Abb. 20 und zeigen, dass von einem linearen Zusammenhang zwischen
der Prüfdauer und den zurückgelegten Wegen der Muttern ausgegangen werden
kann.
Abb. 17: Linearitätsnachweis SRETS Pegel 3
13,1
23,5
35,7
47,4
y = 11,492x + 1,1774R² = 0,9991
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60 min 120 min 180 min 240 min
Mit
telw
ert
We
g d
er
Mu
tte
rn i
n m
m
Prüfdauer
SRETS P3 - Linearitätsnachweis lin. Regr.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 27
Abb. 18: Linearitätsnachweis SRETS Pegel 2
Abb. 19: Linearitätsnachweis ASTM D4169, Lv. 2
3,3
7,3
10,5
14,5y = 3,6671x - 0,2761
R² = 0,9982
0
2
4
6
8
10
12
14
16
60 min 120 min 180 min 240 min
Mit
telw
ert
We
g d
er
Mu
tte
rn in
mm
Prüfdauer
SRETS P2 - Linearitätsnachweis lin. Regr.
38,2
79,1
119,3
159,0
y = 40,247x - 1,7297R² = 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
60 min 120 min 180 min 240 min
Mit
telw
ert
We
g d
er
Mu
tte
rn in
mm
Prüfdauer
ASTM Lv II - Linearitätsnachweis lin. Regr.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 28
Abb. 20: Linearitätsnachweis DIN EN ISO 13355
Zusätzlich wurde das Bestimmtheitsmaß linearen Regression errechnet. Für R²=1
lässt sich die Variable vollständig mit dem linearen Regressionsmodell erklären. Die
Werte der Bestimmtheitsmaße R² der vier Spektren sind in einer Spanne von 0,9805
bis 1 zu finden und bestätigen den linearen Zusammenhang, Tabelle 13.
Tabelle 13: Bestimmtheitsmaße R² der untersuchten Prüfspektren
Norm / Standard Bestimmtheitsmaß R²
SRETS Pegel 3 0,9991
SRETS Pegel 2 0,9982
ASTM D4169, Lv. 2 1,0000
DIN EN ISO 13355 0,9805
64,0
137,8
170,1
233,7y = 54,147x + 16,014
R² = 0,9805
0
50
100
150
200
250
45 min 90 min 135 min 180 min
Mit
telw
ert
We
g d
er
Mu
tte
rn in
mm
Prüfdauer
DIN EN ISO 13355 - Linearitätsnachweis lin. Regr.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 29
4.6 Validierung der Ergebnisse des Prüfaufbaus
Die mit dem Prüfaufbau „Gewindestangen“ ermittelten Verhältnisse zwischen der
Prüfdauer und der simulierten Strecke wurden mit Hilfe von Vibrationsprüfungen an
verpackten Aerosoldosen validiert. Zu diesem Zweck wurden mit den verschiedenen
zeitgerafften Prüfspektren sowie zwei Echtzeitprüfspektren jeweils 1000 km Straßen-
transport an verpackten Aerosoldosen simuliert und die Auswirkungen (Schadensbil-
der) verglichen Abb. 21 und Abb. 22.
Abb. 21: Prüfaufbau mit 3 Packstücksta-peln
Abb. 22: Prüfaufbau mit Stülpdeckel
Als typische Schadensmerkmale an Aerosoldosen wurden Dellen, Scheuerstellen
und Verdrehungen um die vertikale Achse identifiziert, Abb. 23 bis Abb. 25.
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 30
Abb. 23: Beispiel einer Scheuerstelle
Abb. 24: Beispiel einer Delle
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 31
Abb. 25: Beispiel einer Scheuerstelle durch Verdrehen
Es wurden die Gesamtanzahl der aufgetretenen Schadensmerkmale für jedes
Prüfspektrum ermittelt und für den Vergleich die Anzahl der Schadensmerkmale be-
zogen auf eine Aerosoldose errechnet. Die Anzahl des Schadensmerkmals „Dellen“
war sowohl innerhalb der Straßenkategorie „schlechte Straßen“, als auch „sehr
schlechte Straßen“ identisch. Die Schadensmerkmale „Scheuerstellen“ und „verdreh-
te Dosen“ liegen mit durchschnittlich einer Scheuerstelle bzw. einer verdrehten Dose
sehr eng bei einander und damit in der gleichen Größenordnung, Tabelle 14. Die Va-
lidierung am praktischen Beispiel „Aerosoldosen“ ist damit als erfolgreich zu bewer-
ten.
Tabelle 14: Mittlere Anzahl der Schäden je Dose
Prüfspektrum Anzahl Dellen Anzahl Scheu-
erstellen
Anzahl ver-
drehter Dosen Bemerkung
SRETS Pegel 2
(Referenz) 0,2 0,5 0,2
Schlechte
Straßen ASTM D4169
Ass. LV. 2 0,2 0,3 0,4
SRETS Pegel 3
(Referenz) 0,1 1,0 0,7
Sehr schlechte
Straßen
ASTM D4169
Ass. LV. 1 0,1 0,9 0,4
DIN EN ISO
13355 0,1 1,3 0,6
ISTA 3E 0,1 1,4 0,5
Kapitel 4 - Ergebnisse
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 32
4.7 Äquivalente Prüfdauer
Die ermittelte simulierte Transportentfernung in einer Zeit von 60 min (s. Tabelle 10,
S. 24) drückt gleichermaßen die simulierte Geschwindigkeit Asimv , einer Prüfnorm A
aus. Damit besteht die Möglichkeit, eine äquivalente Prüfdauer von zwei zeitgerafften
Normprüfspektren zu errechnen. Das heißt, welche Prüfdauer Aprüft , der Norm A
und welche Prüfdauer Bprüft , der Norm B dieselbe Transportentfernung reals simulie-
ren. Der Zusammenhang lässt sich in folgender Gleichung darstellen:
BsimBprüfBAsimAprüfAreal vtsvtss ,,,,
In der Praxis kann somit überprüft werden, ob eine bereits durchgeführte Prüfung
nach einer Norm A auch die geforderte Prüfdauer einer zweiten Norm B erfüllt. Wenn
Beispielsweise in der Vergangenheit eine Prüfung gemäß DIN EN ISO 13355 mit ei-
ner Prüfdauer von 60 min. durchgeführt wurde, entspricht dies nach den ermittelten
Ergebnissen (s. Tabelle 10, S. 24) für ISTA 3E einer Prüfdauer von ca. 80 min. Zu-
sätzlicher Prüfaufwand kann damit entfallen.
Das Herstellen dieser Verknüpfung zwischen zwei Prüfspektren ist praktisch nur
sinnvoll, sofern diese wie in Tabelle 12 (S. 25) dargestellt, zur Simulation dergleichen
Straßenqualität geeignet sind. Entsprechend ergeben sich die Umrechnungsfaktoren
für die äquivalenten Prüfdauern gemäß Tabelle 15.
Tabelle 15: Umrechnungsfaktoren - äquivalente Prüfdauern genormter Prüfspektren
ASTM Lv 1 ISTA 3E DIN EN ISO 13355
ASTM Lv 1 - 2,18 1,63
ISTA 3E 0,46 - 0,75
DIN EN ISO 13355 0,61 1,34 -
In der konkreten Anwendung sind die Werte aus Tabelle 15 wie folgt zu nutzen. Ein
Kunde wünscht die Durchführung einer Prüfung nach ISTA 3E mit einer Prüfdauer
von 2 h. Das Verpackungssystem wurde bereits für ein anderes Projekt 1 h nach
Kapitel 5 - Zusammenfassung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 33
ASTM D4169 Lv. 1 geprüft. Mit Hilfe von Tabelle 15 lässt sich ermitteln, dass eine
Prüfung nach ISTA 3E dem 2,18-fachen einer Prüfung nach ASTM Lv 1 entspricht.
Demzufolge ist die gewünschte Prüfzeit von 2 h abgedeckt. Hätte eine einstündige
Prüfung nach DIN EN ISO 13355 vorgelegen entspräche dass einer 80 minutigen
Prüfung nach ISTA 3E (Faktor 1,34) und würde gleichermaßen die Anforderungen er-
füllen.
In einem zweiten Beispiel liegt eine einstündige Prüfung nach DIN EN ISO 13355 vor.
Der Kunde wünscht eine einstündige Prüfung nach ASTM Lv 1. Diese Prüfung wäre
mit der vorliegenden Prüfung nach DIN EN ISO 13355 nicht erfüllt, weil sie nur ca. 37
Minuten einer ASTM Lv 1 Prüfung entspricht (Faktor 0,61).
5 Zusammenfassung
Zu den schadensvorbeugenden Maßnahmen zählt die Überprüfung der Eignung der
Verpackung für den Versand. Entsprechende Verpackungsprüfungen in Laboren
werden i.d.R. gemäß genormten Prüfverfahren durchgeführt. National und internatio-
nal genormte Laborprüfungen an Packstücken und Ladeeinheiten zur Simulation von
Transportschwingungen im Straßengüterverkehr unterscheiden sich z. T. sehr deut-
lich, obwohl sie im Grunde die gleichen Ziele erreichen sollen. Die Unterschiede be-
treffen im Besonderen die vorgeschriebenen Parameter Belastungsintensität und
Prüfdauer.
Schwingungsprüfungen werden gemäß der aktuellen Normen als zeitgeraffte Prüfun-
gen durchgeführt. Um die Prüfdauer festzulegen, muss bekannt sein, mit welcher
Prüfdauer die tatsächliche Transportentfernung aus der Praxis simuliert werden kann
(z. B. 400 km pro 1h Prüfdauer). An dieser Stelle weisen die gültigen Normen Lücken
auf und erschweren dem Anwender die Bestimmung der für seine Versandwege an-
gepassten Prüfdauer. Zudem ist ein Vergleich der Normen, welche die gleiche Trans-
portart simulieren, hinsichtlich der gegebenen Belastungsintensitäten ohne die zuge-
hörige Prüfdauer und die simulierte reale Transportentfernung nur eingeschränkt
möglich.
Um die simulierte Transportentfernung für Prüfnormen zu ermitteln und eine Ver-
gleichbarkeit der existierenden Prüfnormen herzustellen, wurden Laborprüfungen mit
verschiedenen genormten Prüfspektren durchgeführt. Als Referenz diente ein nicht
zeitgerafftes Prüfspektrum. Dieses Referenzspektrum wurde in dem europäischen
Forschungsvorhaben „Source Reduction by European Testing Schedules (SRETS)
erarbeitet und validiert. D.h. es wurde nachgewiesen, dass die Prüfung unter Nutzung
des Referenzprüfspektrums an den Prüfmustern (Verpackung mit Inhalt) nahezu die-
Kapitel 5 - Zusammenfassung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 34
selben Auswirkungen (Schäden) generiert, wie ein realer Transport in der Praxis.
Dieses Prüfspektrum liefert Daten für drei Straßenkategorien „gute Straßen“,
„schlechte Straßen“ und „sehr schlechte Straßen“.
In Vorversuchen dieses Vorhabens wurden zunächst geeignete Prüfmuster gesucht.
Wichtig für die Eignung als Prüfmuster war neben technischen Randbedingungen der
vorhandenen Prüftechnik, die Eigenschaft, dass durch einwirkende Vibrationen
messbare Veränderungen am Prüfmuster erzeugt werden und dass mehrere Prüf-
muster gleichzeitig geprüft werden können, um eine hinreichende Anzahl von Mess-
werten zu erhalten. Es wurden Glühlampen (Leuchtdauer, Reißen des Glühfadens),
Brausetabletten in Röhrchen (Abrieb), Getränkegranulat (Zerbröseln), Muttern auf
Gewindestangen (Verrutschen), Sand in einer Siebvorrichtung (Siebdurchgang) so-
wie Kugeln in einem Behälter (Oberflächenschäden / Scheuerstellen) untersucht. Als
am besten geeignet kristallierten sich die Muttern auf den Gewindestangen und die
Siebvorrichtung mit dem Sand heraus, da im zeitlichen Verlauf der Schwingungsein-
wirkung die Muttern auf den Gewindestangen kontinuierlich nach unten rutschten
bzw. die durchgesiebte Menge stetig Sand zunahm. Deshalb wurden diese beiden
potentiellen Prüfmuster zunächst weitergehend untersucht. Der Prüfaufbau mit dem
Sieb entwickelte sich im weiteren Verlauf als nur bedingt geeignet, da der Sand zu
schnell die Siebfaktionen durchlief und die Feuchtigkeitsaufnahme aus der Raumluft
die Reproduzierbarkeit der Versuche beeinflusste.
Mit Hilfe der Muttern auf den Gewindestangen konnten hingegen verschiedene Er-
gebnisse erzielt werden. Zum einen konnten die untersuchten Normprüfspektren den
o.g. Straßenkategorien des Referenzspektrums (SRETS) zugeordnet werden. Es
zeigte sich, dass nicht jedes beliebige Prüfspektrum für die Simulation typischer
Schwingungen aller drei Straßenkategorien geeignet ist. Ein Merkmal dafür waren
zum einem extrem kurze errechnete Prüfdauern (z. B. 30 min für 1000 km Straßen-
transport) oder zum anderen extrem lange Prüfdauern (nahezu ohne Zeitraffung). Für
sehr gute Straßenverhältnisse eignet sich das zeitgeraffte Prüfspektrum ASTM
D4169 Ass. Lv.3. Schlechte Straßenverhältnisse lassen sich hingegen sehr gut mit
dem zeitgerafften Prüfspektrum ASTM D4169 Ass. Lv.2. nachbilden und sehr
schlechte Straßenverhältnisse mit ASTM D4169 Ass. Lv.1, ISTA 3B, 3E, 3H sowie
DIN EN ISO 13355.
Neben der Zuordnung zu den Straßenkategorien wurde auch ein Zusammenhang
zwischen Prüfdauer und der simulierten Transportstrecke ermittelt. Bisher lagen für
die ASTM D4169 sowie ISO 13355 keine Prüfdauern vor bzw. war für ISTA 3E sind in
der Norm mit 125 min. je 1000 km Transportweg ein geringerer Wert angegeben.
Kapitel 5 - Zusammenfassung
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N 35
Über den Dreisatz sind Prüfdauern für beliebige weitere Prüfdauern berechenbar. Die
Linearität zwischen der Prüfdauer und der Auswirkung der Schwingungsprüfung an
den Muttern auf den Gewindestangen wurde untersucht und nachgewiesen.
Mit der Ermittlung des Zusammenhangs zwischen der Prüfdauer und der simulierten
Transportstrecke für die untersuchten Normprüfspektren sind Normprüfspektren nun
innerhalb einer Straßenkategorie miteinander vergleichbar. Es kann somit überprüft
werden, ob eine bereits durchgeführte Prüfung nach einer Norm auch die geforderte
Prüfdauer einer zweiten Norm erfüllt. Wenn Beispielsweise in der Vergangenheit eine
Prüfung gemäß DIN EN ISO 13355 mit einer Prüfdauer von 60 min. durchgeführt
wurde, entspricht dies für ISTA 3E einer Prüfdauer von ca. 80 min. Zusätzlicher Prüf-
aufwand kann damit entfallen.
Die mit dem Prüfaufbau „Gewindestangen“ ermittelten Verhältnisse zwischen der
Prüfdauer und der simulierten Strecke wurden mit Hilfe von Vibrationsprüfungen an
verpackten Aerosoldosen validiert. Zu diesem Zweck wurden mit den verschiedenen
zeitgerafften Prüfspektren sowie zwei Echtzeitprüfspektren jeweils 1000 km Straßen-
transport an verpackten Aerosoldosen simuliert und die Auswirkungen (Schadensbil-
der) verglichen.
Obgleich der erfolgreichen Validierung der mit dem Prüfaufbau „Gewindestangen“
ermittelten Prüfdauern ist nicht auszuschließen, dass andere Untersuchungen mit
anderen Prüfaufbauten und Produkten abweichende Prüfdauern ermitteln. In den
Vorversuchen hatte sich gezeigt, dass einige der in Betracht gezogenen potentiellen
Prüfmuster während einer hinreichend langen Prüfdauer überhaupt keine Verände-
rungen zeigen, obwohl sie den gleichen Schwingungsbelastungen ausgesetzt waren.
Im Hinblick auf die bisher empfohlenen Prüfdauern z. B. aus ASTM D4169 mit
30 min. bis 6 h (ohne Bezug zur Transportstrecke) sind die ermittelten Werte als rea-
listisch einzuordnen.
Die Zuordnung zu den Straßenkategorien und die Relationen der Prüfspektren unter-
einander sind jedoch weitestgehend unabhängig davon zu betrachten. Das Ziel des
Vorhabens wurde unter Berücksichtigung der genannten Unsicherheiten teilweise er-
reicht.
VI - Quellenverzeichnis
Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 17268 N X
VI Quellenverzeichnis
1 N.N.:
Der deutsche Außenhandel im Jahr 2011 https://www.destatis.de/DE/Publikationen/WirtschaftStatistik/Aussenhan-del/Aussenhandel2011_042012.pdf?__blob=publicationFile
2 N.N.:
Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV), Abteilung Transport und Schadensverhütung: „Ver-packungshandbuch zum Bau von Kisten und Verschlägen“, erstellt nach konzeptionellen Vorgaben der Transport-Schadenverhütungskommission des GDV vom BFSV im April 2007, http://www.tis-gdv.de/tis/verpack/verpackungshandbuch/verpackungshandbuch.htm
3 DIN 30876-1 Transportbelastungen - Datensammlung von mechanisch-dynamischen Belastungen, Teil 1: Allgemeine Grundlagen und Übersicht über die Normenstruktur (2002), S. 5
4 Goldhahn, H., Eschke, R., Xiang, M.:
Modellierung der Auswirkungen von Dauerstoßbelastungen im Versandprozess auf elektronische Geräte, Shaker Verlag, Aachen (2002), S.8
5 Volkmann, F., Kaßmann, M.:
Prospektive Schadensforschung bei einem Kosmetikglasher-steller und Ableitung von Änderungsvorschlägen, Diplomar-beit, TU Dresden (2002)
6
Kamba, N., Wada, H., Takagi, M., Imakita, K.:
Transportation of Cultural Properties, International Safe Transit Association Transport Packaging Forum 2009, Sum-merlin, Nevada, USA
7 Dunno, K.:
Analysis of In-Flight Aircraft Vibration, International Safe Transit Association Transport Packaging Forum 2009, Sum-merlin, Nevada, USA
8 Kipp, W. I.: PSD and SRS in simple terms, Vortrag bei der ISTA Con-ference in Orlando, Florida (1998), S. 3
9 Braunmiller, U.; Karaoguz, I. (Hrsg.):
Source Reduction by European Testing Schedules (SRETS) – Schlussbericht EU Forschungsvorhaben Contract No. SMT4-CT95-2005 (DG 12 – RSMT)
10 ASTM D4169 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Con-tainers and Systems
11 ISTA 3E International Safe Transit Association (ISTA) – Test Proce-dure 3E - Unitized Loads of Same Product
12 DIN EN ISO 13355 Verpackung - Versandfertige Packstücke und Ladeeinheiten - Schwingprüfung mit vertikaler rauschförmiger Anregung (ISO 13355:2001); Deutsche Fassung EN ISO 13355:2003
13 MIL-STD 810 G DEPARTMENT OF DEFENSE TEST METHOD STANDARD ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONSIDERATIONS AND LABORATORY TESTS 31 October 2008