Fußböden – Ausgleit- und Stolperunfälle / 2.1 Grundlagen

2.1.1 Der Gang des Menschen

Beim Gehen treten unterschiedliche Tangential- (in Fußbodenebene) und Normalkräfte (senkrecht zur Fußbodenebene) auf. Der Bewegungsablauf beim menschlichen Gang, der der Bewegung des Körperschwerpunkts zugrunde liegt, lässt sich in zwei Phasen einteilen:

• Stützphase (in der das Bein sich gegen den Boden abstützt und eine rückwärtsgerichtete Kraft ausübt) und
• Pendelphase (in der das Bein vorwärts pendelt).

Beide Phasen werden abwechselnd vom rechten und linken Bein durchlaufen. Beim normalen Gang tritt eine doppelte Stützphase auf, in der sich beide Beine gleichzeitig auf dem Boden abstützen.

Beim Gang wandert der Körperschwerpunkt entsprechend den einzelnen Gangphasen um den Ruheschwerpunkt. Zur Erhaltung des Gleichgewichts wird der Fußboden durch Rückstoß- und Aufsetzkräfte der Beine unterschiedlich belastet. Die Abbremskräfte beim Aufsetzen des Fußes sind für die Unfallverhütung von größerer Bedeutung als die Beschleunigungskräfte am Ende der Stützphase, denn beim Aufsetzen des Schuhabsatzes liegt der Körperschwerpunkt am weitesten nach hinten. Dies ist deshalb gefährlicher, weil Menschen hierbei schneller das Gleichgewicht verlieren als beim Vorwärtsfallen. Man kann das Gleichgewicht in diesem Fall schwieriger erreichen, zumal das andere Bein in der Schwebphase ist. Unfallfolgen beim Rückwärtsfallen sind i. d. R. schwerwiegender, da z. B. die Hände nicht wirkungsvoll eingesetzt werden können und Kopfverletzungen wahrscheinlicher sind.

2.1.2 Anforderungsquotient und Reibzahl

Beim menschlichen Gang tritt eine Kraft FE auf den Fußboden ein. Diese setzt sich zusammen (s. Abb. 1) aus den Kraftkomponenten FN (Normalkraft, senkrecht zur Fußbodenebene) und FT (Tangentialkraft, in Fußbodenebene).

Abb. 1: Prinzip der Sicherheit gegen Ausgleiten beim Gehen auf horizontalem Fuboden (SKIBA)

Der Tangentialkraft FT wirkt eine gleichgroße Reibkraft FR entgegen. Wenn die Tangentialkraft FT kleiner ist als die maximal mögliche Haftreibkraft, so gleitet der Schuh nicht. Für Messungen wird die Anfangsreibkraft FRA herangezogen. Dies ist die Reibkraft von Reibpartnern, die unter Zugbelastung soeben zu gleiten beginnen. Die Sicherheitsbedingung für ein Nichtausgleiten lautet danach Gleitreibkraft FRG muss größer sein als die Tangentialkraft FT. Zwei Quotienten sind wichtig, um Aussagen zur Gleitsicherheit treffen zu können:

QA = FT/FN: gangbedingter, momentaner Anforderungsquotient. Er beschreibt das augenblicklich auf den Fußboden übertragene Kräfteverhältnis von Tangentialkraft zur Normalkraft während der einzelnen Phasen des menschlichen Ganges. Die Tangentialkraft muss von der Haftreibkraft neutralisiert werden, damit es nicht zum Ausgleiten kommt.

μ = FRG/FN: materialbedingte Reibzahl. Sie kennzeichnet das Kräfteverhältnis, bei dem eine auf den Fußboden wirksame Tangentialkraft nicht mehr durch eine Haftreibkraft neutralisiert wird, sondern die Schuhsohle auf dem Boden gleitet. Das Verhältnis zwischen materialbedingter Reibzahl (oder Gleitreibkraft) und maximalem momentanen Anforderungsquotienten (oder maximaler Tangentialkraft) μ / QAmax (= FRG/FTmax) kennzeichnet die Sicherheit "S" gegen Ausgleiten.