Der Annex 13 des CSS-Codes
Aufsatz von Prof. Hermann Kaps
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Entstehung und Bedeutung des Annex 13

Der "Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing", kurz CSS-Code, wurde von der IMO im Jahre 1991 nach gut siebenjähriger Beratung mit dem Status einer Empfehlung herausgegeben. Anlass für diesen Eingriff in die Praxis war eine Häufung von Seeunfällen, bei denen sich Mängel in der Ladungssicherung gezeigt hatten, und die Einhelligkeit der Mitgliedstaaten über den Niedergang der "Seemannschaft" bei gleichzeitiger Zunahme "moderner", risikobehafteter Verschiffungspraktiken. Es ist also keineswegs so, dass der CSS-Code primär der Verringerung von Ladungsschäden dienen sollte, was er aber erfreulicherweise tut, wenn er abgewandt wird. Der CSS-Code hatte in seiner ersten Ausgabe neben dem allgemeinen Teil schon 12 Anhänge (Annexes) mit spezifischen Ratschlägen für Stauung und Sicherung bestimmter kritischer Ladungen.

In diesem Zeitraum waren technische Regeln und Rechenverfahren zur Stauung und Sicherung von Containern unter den Fittichen der Klassifikationsgesellschaften eingeführt worden. Deshalb geht der CSS-Code auf Container nicht detailliert ein. Für "nicht-standardisierte" Ladungen, wie Stückgut und Projektladung, und "halb-standardisierte" Ladungen, wesentlich Ro-Ro-Fahrzeuge, gab es zunächst noch keine Rechenvorschrift. Der Annex 13, der in den folgenden vier Jahren entwickelt wurde, füllte 1995 diese Lücke. Er enthält ein breit anwendbares Prüfverfahren, mit welchem die auf eine bestimmte Ladungseinheit oder Ladungsverbund wirkenden Kräfte und Momente mit dem Haltevermögen der eingesetzten Sicherungsmittel bilanziert werden. Das Verfahren entspricht dem klassischen Ansatz ingenieurmäßiger Entwurfs- und Prüfpraxis und ist vergleichbar mit der VDI-Richtlinie 2702 von 1990, die in Deutschland unabhängig im gleichen Zeitraum für den nationalen Straßenverkehr entwickelt worden ist.

Vor der Einführung des Annex 13 wurde in der Praxis die Ladungssicherung auf Seeschiffen mit Hilfe von einfachen Faustregeln geplant, ausgeführt und beurteilt. Diese Regeln waren unterschiedlich, lauteten z.B. "pro 5 t Ladungsgewicht ein Lasching" oder "die Bruchlast aller Laschings muss das Dreifache des Ladungsgewichts betragen". Solche Regeln waren in der Hand von erfahrenen Bootsleuten oder Schiffsoffizieren durchaus erfolgreich, konnten aber auch völlig falsch interpretiert werden. Die schlimmsten Auswüchse kamen zum Vorschein, wenn im Schadensfall gegenparteiliche Gutachter zu Wort kamen und mit Hilfe solcher Faustregeln Verwirrung stifteten. Den Schlichtungsinstanzen blieb oft nur der Ausweg, auf "höhere Gewalt" zu entscheiden.

Aufbau und Inhalt des Annex 13

Der Annex 13 ist übersichtlich gegliedert und seine Anwendung erfordert keine Ingenieurqualifikation. Vielmehr sind praktische Erfahrung in der Ladungssicherung und Urteilsvermögen unerlässlich, denn das Verfahren gibt nicht vor, wie die Ladung zu sichern ist. Aber es deckt ein falsches Sicherungskonzept unerbittlich dadurch auf, dass die Bilanzen nicht erfüllt werden. Mit den Bilanzen wird die Sicherung gegen Rutschen und gegen Kippen der Ladung geprüft und das grundsätzlich in alle vier Richtungen, nach vorn, hinten, Backbord und Steuerbord. Es zählen beim Einsatz von Zurrmitteln nur Direktsicherungen. Niederzurrungen sind von der Bilanzierung ausgeschlossen. Das alles konnten die alten Faustregeln nicht leisten und wurden deshalb oft missbraucht.

Der Annex 13 legt die auf die Ladung wirkenden Kräfte mit einer definierten Überschreitenswahrscheinlichkeit unter Berücksichtigung der Kenngrößen Schiffslänge, Dienstgeschwindigkeit, Stabilität und Stauplatz fest. Das ist im Straßenverkehr anders, wo alle Nutzfahrzeuge gleich behandelt werden. Er definiert die zulässige Belastung von Sicherungsmitteln (MSL = maximum securing load) mit Prozentsätzen der jeweiligen nominellen Bruchkraft und verlangt in den Bilanzen - ebenfalls anders als die vergleichbaren Regeln für die Sicherung im Straßenverkehr - einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor für inhomogene Lastverteilung in den auf Schiffen meist komplexen Sicherungsanordnungen. Zurrwinkel werden berücksichtigt und Reibbeiwerte sind im Annex 13 für die wichtigsten Materialkombinationen auf konservativem Niveau festgelegt.


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Bild 1: Komplexe Sicherungsanordnung

Inzwischen ist der Annex 13 seit über 20 Jahren in Anwendung. Die neue Generation von Seeleuten und Ladungssachverständigen hat ihn "angenommen". Obwohl er nach wie vor den Status einer Empfehlung besitzt, gilt er als "Stand der Technik" (state of the art). Das ging nicht ohne Widerstände. Anfänglich war vielen Besichtigern der Aufwand zu groß, die für die Bilanzierung notwendigen Daten vor Ort zu erheben. Man war es gewohnt, die Laschings zu zählen und mit Hilfe einer der Faustregeln zu einer schnellen Bewertung zu kommen. Reibung ließ man großzügig unberücksichtigt zum vermeintlichen Ausgleich für die Unschärfe dieser Einschätzung. Eine spätere, seriöse Bewertung der Sicherungsanordnung im Schadensfall war dann aber nicht mehr möglich. Andere Berührungsängste entstanden kurioserweise dadurch, dass die IMO seit den 1980er Jahren die Anwendung der SI-Norm in ihren Regelwerken vorgeschrieben hatte und deshalb im Annex 13 die klare Unterscheidung zwischen Masse in metrischen Tonnen und Kräften, Belastungen oder Festigkeiten in Kilo-Newton befolgt wird. Aber auch diese Umgewöhnung wird heute weitgehend akzeptiert.

Praktische Anwendung des Annex 13

Das Rechenverfahren im Annex 13 ist in der Grundversion auf manuelle Bearbeitung mit Taschenrechnerhilfe zugeschnitten. Erwartungsgemäß ist aber nicht ausgeblieben, dass professionelle Anwender die Methode für Rechenprogramme aufbereitet haben, von denen in der Praxis heute mehrere kursieren. Das gilt insbesondere für die Anwendung der im Jahre 2002 in den Annex 13 aufgenommene alternative Rechenmethode, welche auch horizontale Laschwinkel berücksichtigt, was den Rechenweg komplizierter macht.

Um hier eine grobe Vorstellung über die grundsätzliche Vorgehensweise zu vermitteln, wird ohne nähere Erläuterung ein einfaches Beispiel einer Bewertung vorgeführt.

Ship data: Lpp = 112 m, B = 20.4 m, v = 16 kn, GM = 2.2 m.

Cargo data: Mass m = 130 t, stowed on deck low at 0.5 Lpp, l x b x h = 14 x 4 x 5 m, tipping lever a = 3.0 m, lever of stableness b = 1.4 m. The cargo unit is stowed longitudinally on the ship. There is no risk of longitudinal tipping.

Securing data: Stowed on timber with μ = 0.3, secured by 11 chains to port and to stbd and by 5 chains to fwd and to aft, each chain, MSL = 100 kN, average securing angle α = 50°, anti-tipping lever c = 3.3 m, CS = 67 kN, f = 0.87.


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Determination of external forces:

Fx = 2.9 · 0.97 · 130 + 4 · 5 + 4 · 2 = 366 + 28 = 394 kN
Fy = 6.1 · 0.97 · 1.19 · 130 + 14 · 5 + 14 · 2 = 915 + 98 = 1013 kN
Fz = 4.3 · 0.97 · 130 = 542 kN

Balances of sliding and tipping:

Transverse sliding: Fy ≤ μ · m · g + n · CS · f

1013≤ 0.3 · 130 · 9.81 + 11 · 67 · 0.87
1013≤ 383 + 641
1013 < 1024 (only 1% above IMO minimum)

Transverse tipping: Fy · a ≤ b · m · g + n · CS · c

1013 · 3.0 ≤ 1.4 · 130 · 9.81 + 11 · 67 · 3.3
3039 ≤ 1785 + 2432
3039 < 4217 (39% above IMO minimum)

Longitudinal sliding: Fx ≤ μ · (m · g - Fz) + n · CS · f

394 ≤ 0.3 · (130 · 9.81 - 542) + 5 · 67 · 0.87
394 ≤ 220 + 291
394 < 511 (30% above IMO minimum)


Alternativen zum Annex 13

Der Annex 13 enthält wie alle IMO-Regelwerke eine Äquivalenzklausel. Es wird generell die Verwendung gleichwertiger Rechenverfahren zugelassen. Die Anwendung dieser Klausel bedarf aber der Zustimmung des Flaggenstaates des Schiffes. SOLAS Regel VI/5(6) verpflichtet den Kapitän grundsätzlich, Ladung im Einklang mit dem offiziellen, zugelassenen Ladungssicherungshandbuch zu stauen und zu sichern. Dieses Handbuch soll nach den Richtlinien der IMO aufgemacht sein. Das sind die "Revised Guidelines for the Preparation of the Cargo Securing Manual" nach MSC.1/Circ.1353. Dort steht unter 3.2.3: "Calculations may be carried out according to Annex 13 to the CSS Code or methods accepted by the Administration." Das bedeutet praktisch, die Anwendung einer alternativen Methode sollte bereits im Ladungssicherungshandbuch vorgegeben und beglaubigt sein.

Schon vor der Einführung des Annex 13 haben Sachverständige und Gutachter regelmäßig zu vorhandenen Rechenverfahren gegriffen, mit denen Beschleunigungen auf Seeschiffen und damit die auftretenden Belastungen der Ladungssicherung bestimmt werden können. Beliebt war offenbar ein Regelwerk aus den Bauvorschriften der Klassifikationsgesellschaft Det Norske Veritas. Diese Gewohnheit scheint bis heute vereinzelt überlebt zu haben, obwohl und vielleicht sogar weil diese sogenannten DNV-Rules geringere Werte liefern und damit etwas an Sicherungsaufwand einsparen. Sie sind aber dem Annex 13 nicht gleichwertig und überdies auch nicht für die Ladungssicherung, sondern für Dimensionierungszwecke im Schiffbau entwickelt worden, wo unter anderem mit höheren Sicherheitsfaktoren gerechnet wird.

Eine andere, seriöse Möglichkeit der Abschätzung zu erwartender Belastungen ist die sogenannte "motion analysis". Sie wird seltener und vorzugsweise bei wetterabhängigen Seetransporten von außergewöhnlichen Ladungseinheiten auf Schiffen, aber auch auf seegängigen Bargen (Pontons) angewandt. Sie liefert mit Hilfe aufwendiger Computerprogramme individuelle und auf den zu erwartenden Seegang bezogen Beschleunigungsprofile. Diese Berechnungen werden von anerkannten Ingenieurgesellschaften, meist Schiffsklassifikationsgesellschaften, kostenpflichtig durchgeführt. Die Ergebnisse sind wetterbedingt erwartungsgemäß stets geringer als die aus dem Annex 13 für den gleichen Fall, weshalb sich der Aufwand wegen des geringeren Sicherungsbedarfs durchaus lohnen kann.

Zu bemerken ist noch, dass die genannten Alternativen sich in erster Linie auf die Lastannahmen, also auf die von außen auf die Ladung wirkenden Kräfte beziehen. Dazu gehörige, mit Sicherheitsfaktoren abgestimmte und auf die Sicherungsgeometrie eingehende Bilanzierungsmodelle liefern diese Alternativen nicht. Man orientiert sich dazu entweder wieder am Annex 13 oder es wird "freihändig" unter Anwendung von Regeln der technischen Mechanik gerechnet.

Wünschenswerte Ergänzungen des Annex 13

Um im Jahre 1995 bei der Einführung des Annex 13 im zuständigen Unterausschuss der IMO die notwendige Akzeptanz zu erreichen, mussten anwenderfreundliche Vereinfachungen und auch einige Einschränkungen des Rechenmodells vorgenommen werden. So wurden Formeln weitgehend durch Tabellen ersetzt und der Rat erteilt, zur Sicherung außergewöhnlicher Ladungseinheiten zusätzliche Entscheidungshilfen in Anspruch zu nehmen. Inzwischen zeigt sich jedoch, dass die Praxis den Annex 13 auch für außergewöhnlich große und schwere Ladungseinheiten heranzieht und ihn auch weitgehend für halbstandardisierte Ladungen, wie rollende Güter auf Ro-Ro-Schiffen sowie für Holz als Massengut anwendet. Es erscheint daher angebracht und wünschenswert, mit Ergänzungen auf diese erweiterte Anwendung zu reagieren.

In Zusammenarbeit mit dem schwedischen Experten Peter Andersson wurde folgende Liste von Ergänzungen zusammengestellt und begründet:

  1. Wetterbasierte Lastannahmen zur Ladungssicherung
  2. Geschwindigkeitsreduzierung als definierte Ladungssicherungsmaßnahme
  3. Kentersicherheitskriterien für des Fall eines bedeutenden Übergehens von Ladung
  4. Zusätzliches Kippmoment infolge von Rotationsträgheit
  5. Bilanz für Rutschen und Kippen in Schiffslängsrichtung
  6. Interpretation des Stauniveaus "on deck high"
  7. Getrennte Erfassung von Impulskräften in Kippbilanzen
  8. Homogene Lastaufnahme von Sicherungsvorkehrungen

Zu 1.: Der bestehende Annex 13 bietet die Möglichkeit, in geschützten Gewässern mit geringeren Lastannahmen zu rechnen. Eine weltweit anerkannte, praktikable Umsetzung dieser Reduzierung fehlt bislang. Es stehen derzeit zwei Rechenmodelle zur Debatte. Eines von ihnen stammt aus Schweden und wird in Nord- und Ostsee schon seit Jahren mit Zustimmung der beteiligten Flaggenstaaten erfolgreich praktiziert. Die andere ist vom Dachverband der Klassifikationsgesellschaften, beruhend auf Messungen, erst in den vergangenen Jahren entwickelt worden. Beide Methoden stützen sich auf die für den Reiseverlauf vorhergesagten signifikanten Wellenhöhen und stimmen bis zu Wellenhöhen von etwa 4 m leidlich überein. Sie gehen aber bei größeren signifikanten Wellenhöhen deutlich auseinander, wobei das schwedische Modell sichtlich zu wenig Sicherheit bietet. Hier ist ein weltweiter Konsens erforderlich, der nur in Beratungen bei der IMO erreicht werden kann, entweder als "unified interpretation" des bestehenden Annex 13 oder als neu formulierte Ergänzung des Annex 13.


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Bild 2: Mögliche Rechenmodelle zur Reduktion von Lastannahmen

Zu 2.: Im bestehenden Annex 13 wird den Lastannahmen die volle Dienstgeschwindigkeit des Schiffes unterstellt. Da inzwischen so gut wie alle Seeschiffe mit amtlichen Aufzeichnungsgeräten (voyage data recorder) ausgestattet sind, ist es denkbar, für den Transport bestimmter Ladungen, die aus technischen Gründen in Längsrichtung schwierig zu sichern sind, z.B. Rohre oder Holz als Decksladung, diese Längssicherung unter der Einschränkung reduzierter Geschwindigkeit zu bemessen und letzteres notfalls nachträglich zu kontrollieren. Das würde den Kapitän offiziell zur Verringerung der Geschwindigkeit in vorderlicher schwerer See verpflichten, was ohnehin meist und vernünftigerweise freiwillig gemacht wird.

Zu 3.: Dieser Überlebensnachweis wird vor allem für Ro-Ro-Schiffe als nützlich und ratsam angesehen, bei denen auf Grund der unvermeidlichen Staulücken zwischen den einzelnen Ladungseinheiten, meist Fahrzeugen, beim Losbrechen einer Ladungseinheit durch den "Domino-Effekt" das ganze Schiff gefährdet sein kann. Alle schweren Schlagseiten und Kenterungen von Ro-Ro-Schiffen sind von diesem Schadensmechanismus betroffen. Bislang gibt es einen vergleichbaren offiziellen Kentersicherheitsnachweis nur für Getreide als Schüttladung.

Zu 4.: Alle bestehenden Regelwerke zur Ladungssicherung, so auch der Annex 13, behandeln eine Ladungseinheit als Festkörper, vertreten durch seinen Schwerpunkt. Das ist völlig korrekt für Kräftebilanzen und ausreichend korrekt für Kippbilanzen, solange die Winkelbeschleunigungen des Bezugssystem Schiff oder Straßenfahrzeug klein bleiben oder die Abmessungen der Ladungseinheit nicht zu groß werden. Auf Seeschiffen waren beide Bedingungen zur Zeit der Entwicklung des Annex 13 ausreichend erfüllt. Mit der Beförderung übergroßer Schwerstücke ist es jedoch erforderlich, deren räumliche Abmessungen und die daraus folgende Rotationsträgheit zu berücksichtigen, weil sich daraus merkliche zusätzliche Kippmomente ergeben. Die exakte Bestimmung dieser zusätzlichen Kippmomente ist schwierig, aber mit Hilfe von vorgeschlagenen Näherungsformeln in der Praxis leicht zu bewältigen.

zu 5.: Der bestehende Annex 13 enthält keinen Hinweis auf die Aufmachung einer Kippbilanz für eine Ladungssicherungsvorkehrung in Längsrichtung des Schiffes. Der ist seinerzeit aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden, weil es in der Praxis so gut wie nie vorkam. Auch das hat sich heute mit der zunehmenden Beförderung von außergewöhnlichen Schwerstücken geändert und sollte deshalb zu einer Ergänzung des Annex 13 führen.


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Bild 3: Übergroße Schwerstücke als Decksladung

Zu 6.: Die angestrebte Benutzerfreundlichkeit hat dazu geführt, dass das vertikale Niveau des Stauplatzes im Schiff vereinfacht durch vier Ebenen angegeben wurde. Mit der Beförderung übergroßer Einheiten als Decksladung reicht das aber nicht mehr aus, weil das Niveau "on deck high" dadurch eine zu große Bandbreite erhalten hat. Da dieses Niveau aber großen Einfluss auf die zu erwartenden Beschleunigungen in Längs und Querrichtung hat, sollte dem Annex 13 eine Empfehlung hinzugefügt werden, wie in einem solchen Fall zu verfahren ist. Die Lösung besteht darin, auf die heuristischen Formeln zurückzugreifen, welche den Beschleunigungstabellen des Annex 13 zugrunde liegen.

Zu 7.: Im bestehenden Annex 13 wird für die Kippbilanz die horizontale Kraft aus Gewichtskomponente, Trägheit und Winddruck zusammengefasst und im Schwerpunkt der Ladungseinheit wirkend gerechnet. Das ist für übliche Ladungen zulässig. Übergroße Einheiten, die an Deck befördert werden, können jedoch einen stark nach oben abweichenden Angriffspunkt der Windkräfte haben. Deshalb sollte für solche Ladungen das Kippmoment aus den einzelnen Momenten mit ihren individuellen Angriffspunkten zusammengesetzt und die Summe zur Bilanzierung gebracht werden.

Zu 8.: Der Annex 13 enthält zwar den oben erwähnten zusätzlichen Sicherheitsfaktor zur Berücksichtigung inhomogener Lastverteilung. Dieser reicht aber nicht aus, um extreme Belastungsunterschiede abzudecken, die sich z.B. aus der in der Praxis zunehmenden Kombination von geschweißten Stoppern und stark nachgiebigen Zurrgurten aus Chemiefasern ergeben. Der Annex 13 sollte mit einer entsprechenden Warnung versehen werden und dem Hinweis, dass in solchen Fällen das "steifere" Sicherungsmittel die Last weitgehend allein aufnehmen können sollte.

Nutzen und Akzeptanz des Annex 13

Die Anwendung des Annex 13 bedeutet Mehrarbeit für Planer und vor allem für Prüfer von Sicherungsanordnungen verglichen mit der Anwendung der alten Faustregeln. Angesichts der offiziellen Gründe für die Einführung des CSS-Codes - Verhütung von Seeunfällen - muss das aber hingenommen werden. Nimmt man den erfreulichen Nebeneffekt, die Verringerung von Transportschäden hinzu, so muss der Annex 13 aus volkswirtschaftlicher Sicht ausdrücklich begrüßt werden. Er leistet einen Beitrag zur Annäherung der oft stark unterschiedlichen technischen Niveaus von industrieller Entwicklung und Produktion auf der einen Seite und faktischen Transportumständen auf der anderen Seite. Diese Diskrepanz ist für die globale Arbeitsteilung schädlich und sollte behoben werden.



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