Physik: Wenn die Barriere zur Billardkugel wird

Poller aus Beton stehen mittlerweile vor etlichen Weihnachtsmärkten

(Foto: picture alliance / Daniel Bockwo)

• Viele Städte lassen vor Weihnachtsmärkten Betonsperren errichten - sie sollen heranrasende Lastwägen aufhalten.
• Bei Versuchsreihen konnten Experten jedoch zeigen, dass die Betonquader teilweise wenig helfen. Manchmal wurden die Barrieren sogar selbst zur Gefahr.
• Mittlerweile erproben Forscher neue Konzepte: zum Beispiel die Verkettung von Barrieren, oder die Absicherung von Zufahrtswegen.

Wenn Politik und Polizei nicht mehr weiterkommen, muss die Physik ran. Zum Beispiel, wenn es um den Schutz von Weihnachtsmärkten und Volksfesten vor möglichen Anschlägen mit Fahrzeugen geht. Ein Jahr nach der Attacke am Berliner Breitscheidplatz, nach ähnlichen Angriffen in Nizza, Stockholm, London und Barcelona, stehen vor den Glühwein- und Holzspielzeugbuden vieler Märkte Betonsperren. Oft sind es überdimensionale massive Quader, gelegentlich Wassertanks oder auch Behälter mit Sand.

In München verwendet die Stadtverwaltung auf den Zufahrtsstraßen der Christkindlmärkte Betonzylinder und sechseckige Blumenkübel, die mit Erde gut zwei Tonnen wiegen. Sei seien "geeignet, um ein ungehindertes und ungebremstes Einfahren auf die Marktflächen zu verhindern", beteuert das zuständige Kreisverwaltungsreferat. Wie in anderen Städten ist das Ziel, heranrasende Lastwagen abzuhalten.

Doch sind auch die Paragrafen der physikalischen Gesetze nicht allmächtig. Das hatten im Frühjahr 2017 Versuchsreihen auf dem Testgelände der Dekra in Neumünster gezeigt, die auf eine Anfrage des Fernsehsenders MDR zurückgingen. Ein Zehntonner fuhr dort, von einer Seilwinde auf 55 Kilometer pro Stunde beschleunigt, auf eine Lücke zwischen zwei Betonquader zu. Diese zerstörten das Fahrzeug zwar, aber stoppten es nicht. Stattdessen rutschte das Wrack noch 25 Meter weiter und krachte mit Schwung in die Begrenzung des Testgeländes. Beim Aufprall in einem spitzen Winkel traf der steife Rahmen des Lkw einen der Betonklötze sogar wie ein Queue eine Billardkugel; das vermeintliche Hindernis schlitterte wie ein Geschoss über den Asphalt.

"Ich hatte mir schon gedacht, dass die Quader nicht so viel helfen würden, aber das Ergebnis hat mich doch überrascht", sagt Marcus Gärtner von der Dekra, der die Versuche leitete. Er ist bei der Prüfstelle für die Erprobung sogenannter passiver Schutzeinrichtungen zuständig.

Die entscheidenden Gesetze der Physik sind jene von der Impuls- und Energieerhaltung. Würde ein 20-Tonnen-Lkw seinen Impuls vollständig auf einen zwei Tonnen schweren Poller übertragen, wäre das Hindernis nach dem Aufprall mit der mehrfachen Geschwindigkeit des Lastwagens unterwegs. Allerdings stößt ein Lkw nicht wie ein Queue auf einen Billardkugel-Poller. Es kommt eher zu einem sogenannten inelastischen Stoß, bei dem sich Lkw und Hindernis verkeilen und ihre Massen vereinigen. Ist der Lkw deutlich schwerer als der Poller, verliert er dabei nur wenig Energie.

Dortmund setzt auf Antirutschmatten

Wichtig ist daher die Frage, wie die ursprüngliche Bewegungsenergie des Fahrzeugs, die proportional zur Masse und zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, abgebaut werden kann. Einiges geht beim Aufprall in die Verformung des Fahrzeugs. Aber vor allem muss die Bodenreibung helfen. Die Reibung hängt vom Gewicht der Hindernisse und der Art der Kontaktfläche ab.

Um die Reibung von Klötzen auf Asphalt zu steigern, setzt zum Beispiel die Stadt Dortmund auf sogenannte Antirutschmatten. Man habe die darauf stehenden Betonquader mit einem großen Gabelstapler getestet, sagt Feuerwehrchef Dirk Aschenbrenner. Auf Asphalt könne der solche Klötze leicht verschieben, dank der Matten habe sich nichts bewegt. Doch das ist ein realitätsferner Rutschtest: Wenn eine Maschine im Stand gegen einen Poller drückt, überträgt sie kaum Bewegungsenergie. Damit wird nur die Haftreibung des Blocks erprobt, nicht die deutlich geringere Gleitreibung. "Antirutschmatten helfen vielleicht bei einer Beschleunigung von einem oder zwei g, also bis zum Zweifachen der Erdbeschleunigung. Aber bei einem aufprallenden Lkw gibt es leicht 20 oder 30 g", sagt Marcus Gärtner.

Mehr Erfolg brächte es, die effektive Masse der Sperren zu vergrößern. Quergestellte Lastwagen, große Polizeifahrzeuge oder Container mit Bauschutt wären ein wirkungsvolleres Hindernis als ein Klotz. Sie behindern und verunsichern allerdings auch die Besucher der Weihnachtsmärkte.

Ein weiteres Rezept könnte sein, die Masse des anfahrenden Lkw selbst zu nutzen. Wenn er mit den Vorderrädern auf eine kleine Rampe fährt, bevor er die Sperre trifft, dann lastet ein Teil seines Gewichts auf der Bodenplatte - und erhöht deren Reibung.

So weist die Firma truckbloc.com darauf hin, dass sie eine Sperre hat testen lassen, die die Eigenmasse des LKW nutzt, um die Schutzwirkung zu verbessern. Das Fahrzeug fährt mit seinen Vorderrädern über eine flache Rampe etwa zwei Meter weit auf eine Bodenplatte, bevor es daraus senkrecht aufragende Poller trifft. Sie zerstören das Fahrerhaus. Der LKW schiebt auch diese Konstruktion weiter in Fahrtrichtung, aber die Reibung wird durch das Gewicht deutlich verstärkt. Das Design wurde bei einem Crashtest-Center in Münster mit einem Laster von 7,5 Tonnen getestet, der auf 80 Kilometer pro Stunde beschleunigt worden war. Er hat dann fast die doppelte kinetische Energie wie ein Fahrzeug von 10 Tonnen, das 50 km/h fährt. Mit diesen Werten waren frühere Tests gemacht worden. Eine internationale Norm (ISO IWA 14-1) sieht aber für Tests an fest verankerten wie mobilen Barrieren die höhere Belastung vor. Die Barriere habe sich deutlich besser bewährt als einzelne Betonklötze, heißt es beim Hersteller, Einzelheiten möchte die Firma aber nicht veröffentlichen.