Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion: Grundlagen der Unfallaufklärung

226 Pages·2013·7.406 MB·German

by  Heiko Johannsen (auth.)

ATZ/MTZ-Fachbuch
Heiko Johannsen
Unfallmechanik und
Unfallrekonstruktion
Grundlagen der Unfallaufklärung
3. Auflage
ATZ/MTZ-Fachbuch
Diekomplexe Technikheutiger KraftfahrzeugeundMotorenmachteinenimmergrößer
werdenden Fundus an Informationen notwendig, um die Funktion unddie Arbeitswei-
sevonKomponentenoderSystemenzuverstehen.DenraschenundsicherenZugriffauf
dieseInformationenbietet dieregelmäßig aktualisierte ReiheATZ/MTZ-Fachbuch, wel-
chediezumVerständniserforderlichenGrundlagen,DatenundErklärungenanschaulich,
systematischundanwendungsorientiertzusammenstellt.
DieReihewendetsichanFahrzeug-undMotoreningenieuresowieStudierende,dieNach-
schlagebedarfhabenundimZusammenhangFragestellungenihresArbeitsfeldesverstehen
müssenundanProfessorenundDozentenanUniversitätenundHochschulenmitSchwer-
punkt Kraftfahrzeug- undMotorentechnik. Sie liefert gleichzeitig dastheoretische Rüst-
zeugfürdasVerständniswieauchdieAnwendungen,wiesiefürGutachter,Forscherund
EntwicklungsingenieureinderAutomobil-undZulieferindustriesowiebeiDienstleistern
benötigtwerden.
Heiko Johannsen
Unfallmechanik und
Unfallrekonstruktion
Grundlagen der Unfallaufklärung
3., überarbeitete Auflage
Mit 129 Abbildungen und 21 Tabellen
Prof.Dr.-Ing.HeikoJohannsen
FachgebietKraftfahrzeuge
TUBerlin
Berlin,Deutschland
DieerstenbeidenAuflagendesBucheserschienenunterdemTitel,,Unfallforschung,Unfallmechanik
undUnfallrekonstruktion“.
ISBN978-3-658-01593-0 ISBN978-3-658-01594-7(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-01594-7
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;de-
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SpringerVieweg
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insbesonderefürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspei-
cherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen.
DieWiedergabe vonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkbe-
rechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder
Warenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermann
benutztwerdendürften.
GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier.
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www.springer-vieweg.de
Vorwort zur dritten Auflage
DiesesBuch bezieht sichaufdenPkw-UnfallimStraßenverkehrundbehandeltdieThe-
menkreise Unfallforschung, Unfallmechanik und Unfallrekonstruktion. Vorangestellt
wird,umBegriffeeindeutigfestzulegen,einKapitelzurUnfallsystematik.
Im Vordergrund stehen technische Aspekte der Unfallaufklärung. Auf medizinische
undrechtlicheFragestellungenwirdnursoweitwienötigeingegangen.ZentralesAnliegen
desBuchesistdieErläuterungmodernertechnischerRekonstruktionsverfahrenvordem
HintergrundderklassischenMechanikmitImpulssatz,DrehimpulssatzundZusatzhypo-
thesen.GrundlagenundAnwendung,TheorieundPraxissollenverbunden,Prinzipielles
undMethodischesbetontwerden.DieGrundlagenfürdasVerständnisvonmodernenUn-
fallrekonstruktionsverfahren, obin Vorwärts-oder Rückwärtsrechnung gehalten, obauf
Stoßrechnung oderKraftrechnung basierend,werden dargestellt undananwendungsna-
henBeispielendemonstriert.
Die technische Unfallrekonstruktion ist ein vergleichsweise junger Wissenschaftsbe-
reich. Sein Anfang liegt in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts und hat mit den
ArbeitenvonBrüderlinbegonnen.DiestetigeWeiterentwicklungderVerfahrenbisindie
heutigeZeitderPC-UnterstützungwirdindiesemBuchnachgezeichnet.
IndieserdrittenAuflagedeserstmalsimJahre1994erschienenenBucheswerdendie
Abschnitte Unfallsystematik, Unfallforschung und Unfallmechanik aktualisiert und der
AbschnittUnfallrekonstruktion erweitert. Definitionenwerdenpräzisiert,Datenaktuali-
siert,zwischenzeitlicherschieneneVeröffentlichungenundBücherwerdenberücksichtigt.
Behandelt werden in diesem Buch auch – nur scheinbar – nachgeordnete Fragen, über
die oft hinweggegangen wird, so zum Beispiel: Wo verstecken sich bei dem grafischen
VerfahrenderUnfallrekonstruktiondieZusatzhypothesen?WieistbeirechnerischenVer-
fahrendasKoordinatensystemzulegen?WieunterscheidetsichdieVorzeichenfestlegung
bei vorgegebenen und gesuchten Größen, z.B.Geschwindigkeiten? Warumist zwischen
eingeprägtenKräftenundReaktionskräftenzuunterscheiden?ZuwelcherGruppegehört
dieStoßkraftbzw.derStoßantrieb,welcheKonsequenzenergebensichdaraus?
DasBuchbasiertauflangjährigerForschungundLehreimFachgebietKraftfahrzeuge
derTechnischenUniversitätBerlin.
DasBuchwendetsichvornehmlichanUnfall-undKraftfahrzeug-Sachverständige,sei-
ensieselbstständigoderfürVersicherungenbzw.Überwachungsvereinetätig.Geradedem
V
VI VorwortzurdrittenAuflage
erfahrenen,in der Praxis tätigen Unfallgutachter sollmit dem Buch die Rückbesinnung
auf die physikalischen Grundlagender vonihmentweder explizit oder,in Softwareein-
gebunden,implizitangewandtenVerfahrenerleichtertwerden.Darüberhinausmögedas
Buch den Studenten an Universitäten und Hochschulen bei ihrer Ausbildung behilflich
sein.DasBucheignetsichhieralsGrundlageundLeitfadenbeiVorlesungenundÜbun-
gen.AuchdenSicherheitsingenieurenbeiAutomobilherstellernundSicherheitszulieferern
wirddasBuchnützlichsein.SchließlichsolldasBuchjungenIngenieurendenEinstiegin
die technische Unfallrekonstruktion, Unfallanalyse undUnfallforschung erleichtern und
derenVerbindungenzurSicherheitsforschungaufzeigen.
DieseBuchbasiertimWesentlichenaufder2.AuflagevonProfessorDr.-Ing.Hermann
Appel,Dr.-Ing.GeraldKrabbelundDirkVetter.BeidervorliegendenÜberarbeitungund
NeugestaltungdesBucheshatHerrcand.ing.T.Bergertatkräftigmitgeholfen.DesWeite-
renbasiertdieÜberarbeitungteilweiseauffruchtbarenDiskussionenmitGerdMüllerund
MathiasStein.WesentlicheTeilederIn-DepthDatenanalysenwurdenfreundlicherWeise
vonProf.DietmarOttebereitgestellt.Ihnenallenhabeichsehrzudanken.
Berlin,imJuni2013 HeikoJohannsen
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen,Bezeichnungen,Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Unfallsystematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Definitionen:Unfall,Risiko,Sicherheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 ZeitlichePhasendesUnfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 UnfallartundUnfalltyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 KollisionsartundKollisionstyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 AufprallartundAufpralltyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 Belastungs-undVerletzungsartendesMenschen . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Unfallforschung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1 BearbeitungskettevonderUnfallerhebungbiszurUnfallforschung . . . . 27
3.2 Unfallerhebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.1 PolizeilicheUnfallerhebungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 ErhebungenamUnfallortdurchspezielleForschungsteams. . . . . 32
3.2.3 RetrospektiveUnfalluntersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3 UnfallrekonstruktionundUnfallaufklärung,Rechtsprechung . . . . . . . . 41
3.4 Unfallanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5 Unfallschwere,Unfallfolgenschwere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5.1 Unfallschwere,Unfallkenngröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.2 Unfallfolgen,Unfallfolgenschwere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.6 Unfallforschung,Sicherheitsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.7 AusgewählteErgebnissederUnfallanalyse,Unfallforschung
undSicherheitsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4 Unfallmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.1 KinematischeGrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2 Crashkinematik,Crashpulse,Stoßziffer(Stoffgesetze). . . . . . . . . . . . . . 88
4.2.1 Crashkinematik,Deformationskennungen . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.2.2 Stoßziffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
4.3 Kraftrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3.1 Schwerpunktsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.3.2 Drallsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.4 Stoßrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4.1 Stoßarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4.2 Stoßtheorien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.4.3 Ergänzungshypothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.4.4 Impulssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.5 Drehimpulssatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.6 StoßgleichungenfürdieebeneScheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.4.7 GeraderzentrischerStoßzweierScheiben. . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.4.8 SchieferexzentrischerStoßzweierScheiben . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.5 Arbeitssatz(Energiesatz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.5.1 ArbeitssatzfürstarreKörper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.5.2 ArbeitssatzfürdeformierbareKörperimstatischenGleichgewicht 114
4.5.3 Arbeitssatzallgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5.4 ArbeitssatzfürdenWandaufpralleinesFahrzeugs . . . . . . . . . . . 115
4.5.5 Arbeitssatzfürdiegerade,zentrischeKollisionzweierFahrzeuge . 116
4.5.6 ArbeitssatzfürdenexzentrischenAufpralleinesFahrzeugs
aufeinenstarrenPfahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.7 ArbeitssatzfürdieAuslaufbewegungnachdemStoß . . . . . . . . . 117
4.5.8 BerechnungderStoßzifferfüreinenWandaufprall. . . . . . . . . . . 119
4.6 AnwendungsbeispielezurKraftrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.6.1 PhysikalischesPendel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.6.2 FrontalkollisionzweierFahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.7 AnwendungsbeispielezurStoßrechnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.7.1 ExzentrischerStoßgegeneinedrehbargelagerteScheibe. . . . . . . 125
4.7.2 KollisionPkw-Baum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.7.3 Pkw-Pkw-Seitenkollision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.7.4 Pkw-Pkw-Offset-Frontalkollision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.7.5 KollisionPkw-Fußgänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.7.6 FrontalaufprallohneundmitAbgleiten,
EinflussaufGeschwindigkeitsänderungundEnergieabsorption. . 144
4.8 FestlegungderUnbekannteninErsatzsystemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5 Unfallrekonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.1 Unfallrekonstruktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.1.1 Rückwärts-Unfallrekonstruktion,
insbesondereRückwärts-Kollisionsrekonstruktion . . . . . . . . . . . 153
5.1.2 Vorwärts-Unfallrekonstruktion,
insbesondereVorwärts-Kollisionsrekonstruktion. . . . . . . . . . . . 156
5.1.3 Kontrollmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Inhaltsverzeichnis IX
5.1.4 Unfalldatenspeicher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.2 GrafischeRekonstruktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.2.1 Antriebs-Balance-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
5.2.2 Impuls-Spiegelverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.2.3 Drehimpuls-Spiegelverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.2.4 Energie-Ringverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.2.5 Rhomboid-Schnittverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.2.6 Band-Schnittverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.3 RechnerischeRekonstruktionsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.4 AnmerkungenundErgänzungen
zudenvorgestelltenRekonstruktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.5 EinflüsseaufdieQualitätvonRekonstruktionsergebnissen . . . . . . . . . . 182
Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213