Hochzeit des Offroadizers mit der Wohnkabine

Die Kombination des neuen Rahmens mit der existierenden Wohnkabine war ein weiteres Highlight in unserer Entwicklung.

Mangels technischem Equipment (Hebesysteme) mussten wir damals noch auf etwas rudimentäre Möglichkeiten zurückgreifen und die Hochzeit eher hemdsärmelig bewerkstelligen.

Dafür wurde der alte Wohnwagen über den neuen Rahmen gezogen, dann der Wohnwagen an seinem eigenen Rahmen angehoben und anschließend die alten Fahrwerkskomponenten entfernt.

Nachdem die Wohnkabine dann nackt war, also nur noch aus Kabine und Rahmen bestand wurde der neue Rahmen angehoben und die Verbindung (Hochzeit) zwischen alten und neuen Rahmen hergestellt.

Zur Verbindung der Rahmen wurden massive Konsolen gefertigt, die die auftretenden Kräfte optimal aufnehmen können und die so positioniert werden, dass möglichst geringe Belastungen vom neuen in den alten Rahmen übertragen werden können. So schwebt die Wohnkabine autark über dem neuen Rahmen und bleibt geschützt vor Belastungen.

Als mögliche Variante kommt auch eine gedämpfte oder gefederte Verbindung der Komponenten in Betracht, die in unserem Konzept jedoch nicht umgesetzt wurde und die wir bisher auch nicht vermisst haben.

Vorbereitung zum Bau des Leiterrahmen

Nachdem die Dimensionierung und Festigkeitsberechnung endlich abgeschlossen und vom TÜV abgenommen war, der Stahl bestellt, geliefert und korrosionsgeschützt war, ging es an die Montage!

Die Montage der Rahmenprofile haben wir trotz des etwas höheren Aufwandes als geschraubte Konstruktion ausgeführt, da wir so eine höhere Flexibilität für spätere Änderungen haben.

Der Rahmen unseres Prototyps wurde dabei als reiner Leiterrahmen (2 x Längsholme, 4 x Traversen) ausgeführt. Hinsichtlich der Federung haben wir uns bei diesem Trailer für eine einfache Gummifederung mit Stoßdämpfern entschieden.

Unten angehängt ein paar Bilder unserer Vorbereitungen für die Montage.

Während wir uns damals für einen Korrosionschutz mit einer Grundierung und Lackierung entschieden haben, werden alle heutigen Trailer von uns vollständig feuerverzinkt ausgeführt. Eine nachträgliche Lackierung des Rahmens ist dann natürlich immernoch möglich, so dass beliebige Farben realisiert werden können.

Die Feuerverzinkung hat den Vorteil, dass diese Art des Korrosionsschutzes resistenter gegenüber mechanischen Schäden (Kratzer z.B. durch Aufsetzen des Unterbodens) ist.

 

Konstruktion eines Trailer-Rahmens

Die Konstruktion des Rahmens  basiert dann zunächst einmal auf zwei wesentlichen Aspekten:

Zum einen auf der Gestaltung des Rahmens hinsichtlich der praktischen Aspekte und Randbedingungen (z.B. notwendige Breite, Länge, Position der Aufnahmepunkte, etc.) und zum anderen auf den Ergebnissen der Festigkeitsberechnung.

Die Vorgehensweise ist dabei iterativ durchzuführen, das heisst jede Änderung an den geometrischen Bedinungen wird in der Festigkeitsberechnung nachgerechnet. Ergebn sich daraus notwendige Änderungen (z.B. an der Rahmendimensionierung) werden dieser wieder in das Geometriemodell eingebracht und die dort notwendigen Änderungen umkonstruiert.

Das Grundkonzept der Belastungssituation zeigt der oben angegebene Kräfte-Freischnitt. Die Achse sowie der Kugelkopf des Zugfahrzeuges stellen die Auflager dar, die Wohnkabine wird hier zunächst vereinfacht als Flächenlast angenommen, die Belastung durch die Motorrad-Transportplattformen an Bug- und Heck werden als Punktlast angenommen.

(Hinweis: Die hier gezeigte analytische Auslegung wurde später natürlich verfeinert und durch FEM Simulation bestätigt, inkl. Berechnung des Einflusses durch Eigengewicht).

Ziel der Auslegung war, dass sowohl am Bug als auch am Heck ein Motorrad mit einem maximalen Gewicht von 350kg befördert werden kann. Als erstes Auslegungskriterium wurde dabei die maximale Biegung des Rahmens bzw. die dabei auftretenden Zugspannungen herangezogen.

Der Bereich im Bug ist dabei aufgrund der beidseitigen Einspannung eher unkritisch, obererster Augenmerk liegt hier somit bei der Dimensionierung der Rahmenprofile für die Belastung am Heck.

Als möglicherweise geeignete Rahmenprofile wurden unterschiedlichste Geometrien berechnet, die als Stahl-Standardware verfügbar sind. Darunter beispielsweise HEA, HEB, Vierkantrohr, Rechteckrohr sowie UPE und UNP Profile.

Als Anhaltspunkte für die auftretenden Biegungen hier einmal ein paar Beispielergebnisse:

Durchbiegung eines Rahmens  mit 2 Längsträgern bei statischer Belastung durch das Motorrad am Heck (350kg):

  • Vierkantrohr in 70×4: ca. 308mm (plastische Verformung)
  • Vierkantrohr in 100x5mm: ca. 46mm
  • HEB 100: ca. 28mm
  • UPE 160: ca. 14mm

Die oben gezeigten Beispielrechnungen zeigen klar, dass die hohen Belastungen durch die Motorradplattformen nur mit etwas massiveren Dimensionierungen möglich werden.

Gleichzeitig muss bei der Konstruktion des Rahmens aber auch noch beachtet werden, dass die Anbringung von Anbauteilen bei unterschiedlichen Profilgeometrien nur unterschiedlich gut zu bewerkstelligen ist.

Beispielsweise haben die Vierkantrohre gute mechanische Eigenschaften, bieten aber die Nachteile, dass Verschraubungen nur als Durchgangsbohrung möglich sind und dass offene Löcher zur Ansammlung von Wasser/Schlamm im Inneren des Trägers führen kann.

Letztendlich entscheidet die Aufgabe und der Einsatzbereich des Trailers darüber welches Profil und welche Dimensionierung die geeignetste ist, in diesem Fall unseren Prototypen-Trailers war es das UPE Profil.

Die Beschreibung der Konstruktion folgt in einem folgenden Beitrag.

 

 

Zulassung eines Trailer-Eigenbaus

Wie im vorherigen Beitrag beschrieben stand nach einigen Überlegungen unsere Entscheidung fest, dass wir für unseren liebgewonnenen „Oldtimer“-Trailer Hobby 530 einen neuen Rahmen konstruieren und die Wohnkabine dort aufsetzen wollten.

Ziele die wir mit diesem neuen Rahmen erfüllen wollten waren:

  • Anbaumöglichkeiten für diverse Komponenten (Dachträger, Werkzeuge, Heckplattform, Frontplattform, etc.)
  • robuster, langlebiger und sehr stabiler Rahmen
  • ausreichend Bodenfreiheit und coole Optik
  • große Räder mit ordentlichen Profil

 

Gleichzeitig war natürlich selbstverständlich, dass der neue Trailer alle gesetzlichen Anforderungen und Sicherheitsrichtlinien erfüllen soll und muss!

Als erstes haben wir also einmal diesbezüglich alle verfügbaren Informationen eingeholt, die so in den Gesetzestexten der Straßenverkehr- und Zulassungsordnung zu finden sind. Zudem haben wir den Kontakt zu einem Prüfer für Sonderabnahmen/Einzelabnahmen beim TÜV hergestellt und unsere Vorhaben diskutiert und durchgesprochen. Schnell stand dann fest:

Möglich? Ja, aber nicht „mal so eben“

 

In kurzer Zusammenfassung können eigentlich folgende Punkte festgehalten werden, die zwingend zu erfüllen sind:

  • Festigkeitsberechnung des gesamten Rahmens inkl. der Anbauteile (statisch und dynamisch)
  • Nachweise zur Dimensionierung und Auslegung aller Fahrwerkskomponenten (Achse, Bremse, Zugholme, Deichsel, Auflaufeinrichtung, Reifen)
  • Gewichtsberechnung und Wiegeprotokoll
  • Erfüllung sämtlicher Anforderungen hinsichtlich Rückleuchten, Begrenzungsleuchten, Höhen, Breiten, Fußgängerschutz, elektrische Anlage, Gasanlage, Unterfahrschutz, Rahmenbearbeitung und Kanten, Gewichte und Abmessungen
  • Schriftliche Dokumentation aller Komponenten und Berechnungen
  • Bestehen der Vor-Ort Prüfung aller Komponenten durch die Prüfingenieure der technischen Prüfstelle
  • Aufbringen der Gebühren für die Einzelabnahme/Sonderabnahme

Theoretisch war unser Vorhaben also möglich, jetzt war nur noch die Frage, ob wir es praktisch eben auch umsetzen können.

Vermutlich ist von den genannten Aspekten der Punkt der Rahmenauslegung und der Festigkeitsnachweis für die meisten hier die größte Hürde. In diesem Punkt kam mir jedoch zu Gute, dass ich meine berufliche Ingenieurs-Laufbahn an einem Universitätsinstitut verbracht habe, welches sich intensiv mit FEM Simulationen und in der Lehre mit Bauteildimensionierung beschäftigt hat, so war zumindest dieser Punkt schon einmal keine unüberwindliche Hürde, sondern lediglich mit etwas „Auffrischen“ von Wissen verbunden.

So ging es dann also los und ich habe begonnen mich mit der Konstruktion und Auslegung des Rahmens zu beschäftigen.

Mehr dazu lest Ihr im Folgenden Beitrag.