Unfallforschung, Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion

216 Pages·2002·7.87 MB·German

by  Hermann Appel

Hermann Appel I Gerald Krabbel I Dirk Vetter
Unfallforschung, Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion
Kraftfa h rzeugtech n i k
Handbuch Verkehrsunfallrekonstruktion
herausgegeben von H. Burg und A. Moser
Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen
von F. Kramer
Leichtkollisionen
von K. Schmedding
www.viewegteubner.de __________________- -'
I I
Hermann Appel Gerald Krabbel Dirk Vetter
Unfallforschung,
Unfallmechanik und
Unfallrekonstruktion
2. Auflage
Mit 145 Abbildungen
PRAXIS
11
VI EWEG+
TEUBNER
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Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
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Die Abbildung auf der Umschlagseite wurde uns freundlicherweise von TRW zur Verfügung gestellt.
Prof. Dr.-Ing. H. Appel studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Braunschweig und war
von 1960 bis 1964 Wissenschaftlicher Assistent am Lehrstuhl für Mechanik. Nach Tätigkeiten bei der
deutschen Forschungsanstalt für Luft-und Raumfahrt, der Rheinstahl-Hanomag AG und der Volks
wagen AG wurde er 1972 zum ordentlichen Professor an der Technischen Universität Berlin, Fach
gebiet Kraftfahrzeuge, berufen. Lehr-und Forschungsfelder waren Unfallforschung, Passive Sicherheit
von Kraftfahrzeugen, Schadstoffemissionen, Fahrzeugkonzepte, CAE im Automobilbau. Appel ist
zusammen mit Prof. Tscherne Gründer der in der Vergangenheit stetig erweiterten nVerkehrsunfall
forschung" der Medizinischen Hochschule Hannover( 1973) sowie der "Ingenieurgesellschaft Auto und
Verkehr mbH Berlin" (1983), die sich mit etwa 2000 Mitarbeitenden heute zu einem mittelständischen
Entwicklungspartner der Automobilindustrie entwickelt hat. Appel wurde u.a. 1980 mit dem Safety
Award of Excellence Engineering des DOT (USA), 1990 mit der Benz-Daimler-Maybach-Ehrenmedaille
des VDI und 1998 mit dem Bundesverdienstkreuz ausgezeichnet.
Dr.-lng. G. Krabbel studierte Maschinenbau mit der Fachrichtung Kraftfahrwesen an der Rheinisch
Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Anschließend war er von 1990 bis 1997 Wissen
schaftlicher Mitarbeiter am Institut für Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Berlin. Seitdem
ist er in Dachau bei der Autoliv GmbH tätig und dort für Airbag-Entwicklungen mitverantwortlich.
Dipl.-Ing. D. Vetter studierte Fahrzeugtechnik an der Technischen Universität Berlin und war dort von
1995 bis 2001 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Straßen- und Schienenverkehr. Der
Schwerpunkt in der Lehr-und Forschungstätigkeit war die Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen.
Nach seiner Tätigkeit am Institut wechselte er im Frühjahr 2001 in die Firma IAT mbH in Berlin und
arbeitet auf dem Gebiet des Insassenschutzes und des Fahrzeugsicherheitsversuchs.
Das Buch erschien bis 2002 unter dem gleichen Titel im Verlag INFORMATION Ambs GmbH,
Kippenheim
2. Auflage 2002
Alle Rechte vorbehalten
© Vieweg+ Teubner Verlag I Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2002
Lektorat: Ewald Schmitt
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im
Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher
von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
ISBN-13: 978-3-528-04123-6 e-ISBN-13: 978-3-322-83030-2
001: 10.1007/978-3-322-83030-2
Vorwort zur zweiten Auflage
VORWORT ZUR ZWEITEN AUFLAGE
Dieses Buch bezieht sich auf den Pkw-Unfall im Straßenverkehr und behandelt die
Themenkreise Unfallforschung, Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion. Vorangestellt
wird, um Begriffe eindeutig festzulegen, ein Kapitel zur Unfallsystematik.
Im Vordergrund stehen technische Aspekte der Unfallaufklärung. Auf medizimsche und
rechtliche Fragestellungen wird nur soweit wie nötig eingegangen. Zentrales Anliegen des
Buches Ist die Erläuterung moderner technischer Rekonstruktionsverfahren vor dem Hinter
grund der klassischen Mechanik mit Impulssatz, Drehimpulssatz und Zusatzhypothesen.
Grundlagen und Anwendung, Theorie und Praxis sollen verbunden, Prinzipielles und
Methodisches betont werden. Die Grundlagen für das Verständnis von modernen
Unfallrekonstruktionsverfahren, ob analytisch, grafisch oder rechnergestützt angelegt, ob in
Vorwärts- oder Rückwärtsrechnung gehalten, ob auf Stoßrechnung oder Kraftrechnung
basierend, werden dargestellt und an anwendungsnahen Beispielen demonstriert.
Die technische Unfallrekonstruktion ist ein vergleichsweise junger Wissenschaftsbereich.
Sein Anfang liegt in den vierzig er Jahren und hat mit den Arbeiten von Brüderlin begonnen.
Die stetige Weiterentwicklung der Verfahren bis in die heutige Zeit der pe-Unterstützung
wird in diesem Buch nachgezeichnet.
In dieser zweiten Auflage des erstmals im Jahre 1994 erschienenen Buches werden die
Abschnitte Unfallsystematik und Unfallforschung neu gestaltet, der Abschnitt Unfall
mechanik verbessert und der Abschnitt Unfallrekonstruktion erweitert. Definitionen werden
präzisiert, Daten aktualisiert, zwischenzeitlich erschienene Veröffentlichungen und Bücher
werden berücksichtigt. Behandelt werden in diesem Buch auch - nur scheinbar -
nachgeordnete Fragen, über die oft hinweggegangen wird, so zum Beispiel: Wo verstecken
sich bei dem grafischen Verfahren der Unfallrekonstruktion die Zusatzhypothesen? Wie ist
bei rechnerischen Verfahren das Koordinatensystem zu legen? Wie unterscheidet sich die
Vorzelchenfestlegung bei vorgegebenen und gesuchten Größen, z.B. Geschwindigkeiten?
Warum ist zwischen eingeprägten Kräften und Reaktionskräften zu unterscheiden? Zu
welcher Gruppe gehört die Stoßkraft bzw. der Stoßantrieb, welche Konsequenzen ergeben
sich daraus?
Das Buch basiert auf langjähriger Forschung und Lehre im Fachgebiet Kraftfahrzeuge der
Technischen Universität Berlin. Den Studenten der Fachrichtungen Fahrzeugtechnik, Sach
verständigenwesen oder Fahrzeugsicherheit dient es als Vorlesungsskript zu den Vorle
sungen "Unfallforschung und Unfallmechamk" und "Biomechanik und Kraftfahrzeugsicher
heit".
Das Buch wendet sich vornehmlich an Unfall-und Kraftfahrzeug-Sachverständige, selen sie
selbstständig oder für Versicherungen bzw Überwachungsvereine tätig. Gerade dem
erfahrenen, in der PraxIs tätigen Unfallgutachter soll mit dem Buch die Rückbesinnung auf
die physikalischen Grundlagen der von ihm entweder expliZit oder, in Software
eingebunden, impliZit angewandten Verfahren erleichtert werden. Darüber hinaus möge das
Buch den Studenten an Universitäten und Hochschulen bei ihrer Ausbildung behilflich sein.
Das Buch eignet Sich hier als Grundlage und Leitfaden bel Vorlesungen und Übungen.
Auch den Sicherheitslngemeuren bei Automobllherstellern und Sicherheltszulleferern Wird
das Buch nützlich sein Schließlich soll das Buch jungen Ingenieuren den Einstig in die
techmsche Unfallrekonstruktion, Unfallanalyse und Unfallforschung erleichtern und deren
Verbindungen zur Sicherheitsforschung aufzeigen.
-5 -
Vorwort zur zweiten Auflage
Bei der Fortschreibung des Vorlesungsskriptes haben über 25 Jahre hinweg wissenschaft
liche Mitarbeiter und Studenten mitgewirkt, so die Herren Prof. Dr.-Ing H. Rau, Dr.-Ing A
Kühnei, Prof. Dr -Ing. FI. Kramer, Dipl.-Ing. D. Otte, Dlpl.-Ing. G. Schockenhoff, Dipl.-Ing. U
Wanderer, Dipl.-Ing. Th. Deter u.a .. Bei der vorliegenden Überarbeitung und Neugestaltung
des Buches haben Frau E. Trebbin und Herr cand.-ing. W. Winata tatkraftlg mitgeholfen
Ihnen allen haben wir sehr zu danken.
Berlin, den 30. September 2001 Hermann Appel, Gerald Krabbel, Dlrk Vetter
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Inhaltsverzeichnis
VORWORT ... .................................................................................................... 5
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INHALTSVERZEICHNIS .................................................................................. 7
1 EINLEITUNG .................................................................................................... 11
2 UNFALLSYSTEMATIK
2.1 Definitionen: Unfall, Risiko, Sicherheit... ............................................................. 13
2.2 Zeitliche Phasen des Unfalls .............................................................................. 18
2.3 Unfallart und Unfalltyp ....................................................................................... 19
2.4 KollisIonsart und KOllisIonstyp ........................................................................... 22
2.5 Aufprallart und Aufpralltyp .................................................................................. 24
2.6 Belastungs-und Verletzungsarten des Menschen ........................................... 27
3 UNFALLFORSCHUNG
3.1 Bearbeitungskette von der Unfallerhebung bis zur Unfallforschung ................... 29
3.2 Unfallerhebungen .......................................................................................... 30
3.2.1 Polizeiliche Unfallerhebungen ....................................................................... 32
3.2.2 Erhebungen am Unfallort durch spezielle Forschungsteams ........................ 33
3.2.3 Retrospektive Unfalluntersuchungen ............................................................ 35
3.3 Unfallrekonstruktion und Unfallaufklärung, Rechtsprechung ............................... 39
3.4 Unfallanalyse ..................................................................................................... 42
3.5 Unfallschwere, Unfallfolgenschwere ................................................................. .43
3.5.1 Unfallschwere, Unfallkenngröße ................................................................. 44
3.5.2 Unfallfolgen, Unfallfolgenschwere ........................................................... 50
3.6 Unfallforschung, Sicherheitsforschung ............................................................... 55
3.7 Ausgewählte Ergebnisse der Unfallanalyse, Unfallforschung und
Sicherheitsforschung . .. .............................................................................. 56
4 UNFALLMECHANIK
4.1 Kinematische Grundlagen ............................................................................... 79
4.2 Crashkinematik, Crashpulse, Stoßziffer {Stoffgesetze )... ......................... ..82
4.2.1 Crashkinematik, Deformationskennungen .................................................. 82
4.2.2 StoßZIffer. ......................................................................................... 88
4.3 Kraftrechnung .. ......................... ...... .. ..................... .......... . ....... 90
4.3.1 Schwerpunktsatz .......... ......... ....... ... . .... . ........................................... 92
4.3.2 Drallsatz . ....... . ... .... ..... .... ................. ..................................... 93
4.4 Stoßrechnung . .. ..... . ....... ....... ...... . . . ... . . ... ... .... .... ..... .... ....... .. . 94
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Inhaltsverzeichnis
4.4.1 Stoßarten ........................ . ..... . ............... . ......... .. ...... .. ......................... 94
4.4 2 Stoßtheonen .. ............................................................ ..... ........ ...... 95
4.4.3 Ergänzungshypothesen ... ........ ............... .................................. . .......... 96
4.4.4 Impulssatz...... ............ ....... ... ........... ......... .......... ....... . ................. 97
4.4.5 Drehimpulssatz . ...... ....... ......................................... ........ .. .............. 98
4.4.6 Stoßgleichungen für die ebene Scheibe ..... ... ................... .. .............. 98
4.4.7 Gerader zentrischer Stoß zweier Scheiben .............................................. 100
4.4.8 Schiefer exzentrischer Stoß zweier Scheiben ...... .... ........... ... .. ......... 103
4.5 Arbeitssatz (Energiesatz)......... ........ .............. . ............................................. 105
4.5.1 Arbeitssatz für starre Körper ................ ............................... .. .................. 105
4.5.2 Arbeitssatz für deformierbare Körper im statischen Gleichgewicht ............. 10 6
4.5.3 Arbeitssatz allgemein .................................................................................. 107
4.5.4 Arbeitssatz für den Wandaufprall eines Fahrzeugs ... ....... ... ..... ......... . ... 107
4.5.5 Arbeitssatz fOr die gerade, zentrische Kollision zweier Fahrzeuge ............ 108
4.5.6 Arbeitssatz für den exzentrischen Aufprall eines Fahrzeugs
auf einen starren Pfahl........ ....... ..... ....... . ............................................ 10 9
4.5.7 Arbeitssatz für die Auslaufbewegung nach dem Stoß ............................. 109
4.5.8 Berechnung der Stoßziffer fOr einen Wandaufprall.. ................................ 111
4.6 Anwendungsbeispiele zur Kraftrechnung ................................................. 112
4.6.1 Physikalisches Pendel......... ............................ ................. ....... .... . ...... 112
4.6.2 Frontalkollision zweier Fahrzeuge.... ... ...... ... ... ... ................ . ............ 113
4.7 Anwendungsbeispiele zur Stoßrechnung ................................................... 118
4.7.1 Exzentrischer Stoß gegen eine drehbar gelagerte Scheibe ....................... 118
4.7.2 Kollision Pkw-Baum .............................................................................. 121
4.7.3 Pkw-Pkw-Seitenkollision ....................................................................... 128
4.7.4 Pkw-Pkw-Offset-Frontalkollision ...... ....... .. ..... .. ..... .. ......... ...... . ....... 130
4.7.5 Kollision Pkw-Fußgänger ....................................................................... 133
4.7.6 Frontalaufprall ohne und mit Abgleiten, Einfluss auf GeschwindIgkeIts-
änderung und Energieabsorption ......................................................... 139
4.8 Festlegung der Unbekannten in Ersatzsystemen ....................................... 141
5 UNFALLREKONSTRUKTION
5.1 Unfallrekonstruktionsverfahren .................................... . .. 143
5.1 1 ROckwärts-Unfallrekonstruktion, insbesondere
Rückwärts-Kollisionsrekonstruktion .. .. . .......................................... 147
-8-
o Inhaltsverzeichnis
5.1.2 Vorwärts-Unfallrekonstruktion, insbesondere
Vorwärts-Kollisionsrekonstruktion....................................... . ..................... 150
5.1.3 Kontrollmöglichkeiten ................................................................................ 153
5.1.4 Unfalldatenspeicher ...................... .. ........... ...... .................................... .. .. 154
5.2 Grafische Rekonstruktionsverfahren ................................................................ 155
5.2.1 Antriebs-Balance-Verfahren ........................................................................ 157
5.2.2 Impuls-Spiegelverfahren .............................................................................. 159
5.2.3 Drehimpuls-Spiegelverfahren ...................................................................... 162
5.2.4 Energie-Ringverfahren ............................................................................. 165
5.2.5 Rhomboid-Schnittverfahren ........................................................................ 167
5.2.6 Band-Schnittverfahren ................................................................................. 169
5.3 Rechnerische Rekonstruktionsverfahren ......................................................... 172
5.4 Anmerkungen und Ergänzungen zu den vorgestellten
Rekonstruktionsverfahren ................................................................................. 179
6 ABKÜRZUNGEN, FORMELZEICHEN, BEZEICHNUNGEN
6.1 Abkürzungen .................................................................................................... 185
6.2 Formelzeichen, Bezeichnungen ................................................................... 188
7 LITERATUR ................................................................................................ 191
8 ANHANG
8.1 Energieraster von Fahrzeugen beim Frontalaufprall, unterschiedliche Massen,
unterschiedliche Motoranordnungen ............................................................... 201
82 Ausgewählte Erhebungsbogen der Verkehrsunfallforschung Hannover ........... 203
8.3 Klassifizierung der Fahrzeugbeschädigungen nach dem Gesamtverband der
Deutschen VersicherungswIrtschaft ............................................................... 208
8.4 Schutzkriterien und Belastungsgrenzen unter stoßartiger Belastung (Inoffizielle
Zusammenstellung der Arbeitsgruppe für Unfallmechanik der ETH Zürich) .... 209
8.4.1 Schutzkntenen und Belastungsgrenzen des erwachsenen Menschen ....... 209
8.4.2 Schutzkriterien und Belastungsgrenzen des Kindes ............................... 211
8.5 Verletzungsschutz der Insassen, Ausblick ................................................ 212
9 SACHWORTVERZEICHNIS ..................................................................... 213
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Einleitung
1 EINLEITUNG
Die Unfallforschung im Straßenverkehr geht von dem einzelnen Unfall aus und dient mit
Unfallerhebung, Unfallrekonstruktion, Unfallaufklärung und Unfallanalyse einerseits der
Rechtssicherheit, sowohl in strafrechtlicher als auch zivilrechtlicher Hinsicht, andererseits
der Verkehrssicherheit, sowohl Im Hinblick auf die aktive als auch die passive Sicherheit.
Die Unfallforschung basiert letztlich auf dem einzelnen, in der Realität abgelaufenen Unfall.
Sämtliche Einzelheiten eines Unfalls sind so zu erfassen, zu analysieren und zu bewerten,
dass die einzelnen Phasen des Unfallablaufes in ihrer räumlichen und zeitlichen Zuordnung
bestimmt und beurteilt werden können. Aus der Sicht der beteiligten DiSZiplinen (Medizin,
Psychologie, Technik ... ) ist für die Unfallkomponenten (Mensch, Fahrzeug, Umfeld) in den
einzelnen Unfallphasen (Einlauf-, KOllisions-, Auslauf-, Folgephase) die gesamte Kausal
und Wirkungskette eines Unfalls nachzuvollziehen.
Im Bereich des Verkehrsstrafrechtes wird von der Unfallaufklärung die Klärung der Ver
meidbarkeit erwartet, im Bereich des Zivilrechtes interessiert, wer für den Schaden aufzu
kommen hat und In welchem Umfang Schäden eingetreten und zu ersetzen sind. Unfall
sachverständige sind hierbei Dienstleister der Straf- und Zivilgerichte, für außergerichtliche
Schadensregulierungen liefern sie die maßgeblichen Begründungen.
Im Bereich der Verkehrssicherheit zielt die Unfallforschung auf Maßnahmen zur
Vermeidung von Unfällen und auf Maßnahmen zur Minderung der Unfallfolgen. Unfall
ursachen im Regelkreis Mensch-Fahrzeug-Umfeld sind ebenso wie Zusammenhänge
zwischen technischer Ausführung und Unfallfolgen, ZWischen konstruktiver Gestaltung von
Fahrzeugen und Verletzungsfolgen zu identifizieren. Daraus sind Sicherheitsmaßnahmen
und Sicherheitssysteme abzuleiten, nach ihrer Einführung sind Bewertungen vorzunehmen
Ob im Bereich Strafrecht, ziviles Haftpflichtrecht oder Sicherheit, die Aufklärung von Un
fallvorgängen ist zunächst nur Mittel zum Zweck und erst dann eigener Forschungsbereich
im Sinne der Erarbeitung, Weiterentwicklung und Verbesserung von Aufklärungsmethoden.
Die technische Unfallrekonstruktion ist Tell der Unfallaufklärung, diese Teil der Unfall
analyse, und diese wiederum Teil der Unfallforschung. Die Unfallmechanik stellt den
Bereich der klassischen Mechamk dar, der für die technische Unfall rekonstruktion benötigt
und zielgerichtet aufbereitet wird.
Heute bedient sich der mit technischen Unfallrekonstruktionen von Straßenverkehrsunfällen
befasste Gutachter oder Sicherheitsingenieur verstärkt rechnergestützter Verfahren unter
Verwendung kommerziell verfügbarer "Standardsoftware". Diese Programme Sind zwel
oder dreidimensional angelegt, sie behandeln die Vorwärts oder/und die Rückwärts
rechnung, die Kraft- oder/und die Stoßrechnung. Sie sind schnell, komfortabel und genau
im Rahmen der Vorgaben. Sie ermöglichen es, in kurzer Zelt viele Varianten durch
zurechnen und dabei einflussreiche Eingangsparameter zu variieren. Außerdem erlaubt die
heute allseits verfügbare Software die grafische Darstellung von kontinuierlichen
Zeitverläufen (z.B. von Weg, Geschwindigkeit) oder die Zeitschrittdarstellung von Fahrzeug
positionen vor, während und nach der Kollision. In ganz besonderer Weise trägt die
bildllche Animation von Fahrzeugbewegungen zur Veranschaulichung, Verständllch
machung und Plausibihtätsüberprüfung bel.
Die Genauigkeit und Wiedergabetreue eines Rekonstruktionsverfahrens sollte eigentlich
nur der Genauigkeit und Verlässlichkeit der jeweiligen Eingangsparameter entsprechen. So
wirkungsvoll ein Rekonstruktionsprogramm In der Hand des "Fachmannes" sein kann, so
irreführend, weil mcht vorhandene Exaktheit vortäuschend und zu Falschaussagen verfüh
rend, kann die Computer-Software In der Hand dessen werden, der die hinter den Pro
grammen stehende Mathematik und Mechamk mcht einschätzen kann, der die enthaltenen
Annahmen und Voraussetzungen nicht beachtet und der sich keine Rechenschaft über die
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H. Appel et al., Unfallforschung, Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion
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