Weshalb uns eine einfache Aufbaulagerung nicht ausreicht
Der Fahrzeugaufbau, Wohnkabine und Rahmen sowie derer Anbringung auf dem verwindungsfreudigen, torsionsweichen Leiterrahmen unterliegen während des normalen Betriebes den dargestellten translatorischen und rotatorischen Bewegungen. Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge bewirken in Fahrtrichtung auftretende, das Querschwingen während der Kurvenfahrt horizontal, quer zur Fahrtrichtung und das Heben und Senken bei Niveauveränderungen des Untergrundes vertikal zur Fahrtrichtung auftretende, auf das Fahrzeug wirkendende Kräfte. Einhergehend mit den translatorischen Bewegungsrichtungen wirken das Wanken, Nicken und Gieren um die Längs-, Quer- und Vertikalrichtung.
Auf Grund der Kraftwirkung beim Befahren von ebenem, aber auch unebenem Gelände, müssen die aufwendig gebauten Wohnkabinen über eine Schnittstelle mit dem torsionsweichen Leiterrahmen verbunden werden. Kabinenrahmen werden aus torsionssteifen Rechteck- oder Rohrprofilen gefertigt, welche sich den geometrischen Veränderungen des Leiterrahmens kaum anpassen können. Durch eine starre Schraub- oder Schweißverbindung wird die Verwindungsfreudigkeit des Leiterrahmens im hügeligen Gelände unterdrückt.
Passt sich der Kabinenrahmen nicht an den sich verwindenden Leiter-rahmen an, kann es zu kostenintensiven und gefährlichen Rahmenbrüchen kommen, im Zuge dessen das sichere Führen des Fahrzeuges nicht mehr gewährleistet ist. Rahmenbrüche entstehen häufig durch Spannungsspitzen an den Schweiß- oder Schraubverbindungen.
Ist der Kabinenrahmen nicht steif genug und folgt den geometrischen Längen- und Winkeländerungen der Längsträger, verwindet sich dieser und leitet Kräfte in die darauf befestigte, steife Wohnkabine ein. Hierbei kann es zu Spannungsrissen in den Wandungen und zu Brüchen am eventuell benötigtem Kabinengerüst kommen. Schädigungen an den Kabinen sind zwar nicht unmittelbar gefährlich für den Fahrbetrieb, wirken sich aber auf die Wärme- und Kälteisolation sowie den installierten Innenraumausbauten aus. Reparaturen an Kabine und Wohnraum verlangen häufig nach höheren Reparaturkosten.
Den Folgen der Zerstörung einiger Fahrzeug- und Kabinenkomponenten, als auch der massiven Eindämmung der Geländetauglichkeit durch die gewünschte, jedoch unterdrückte Rahmenverwindung, wird mit einer geeigneten Aufbaulagerung entgegnet.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, gibt es einige andere Konzepte, von denen hier ein Paar kurz beleuchtet werden:
1. Federlagerkonzept:
Die Verbindung des Aufbaus auf dem Leiterrahmen mittels eines Federlagerungskonzepts findet häufig im Baumaschinenbereich Anwendung. Der torsionssteife, den Aufbau tragende Rahmen (gelb), ist am Ende des Leiterrahmens (grau) mittels mehrerer Schraubenverbindungen (1) befestigt. Die Schraubenverbindungen nehmen den Großteil der in und quer zur Fahrtrichtung fahrdynamisch auftretenden Kräfte auf.
Eine oder mehrere Federelemente (3) (rot) sollen mittels Vorspannung ein ständiges Abheben des Kabinenrahmens (gelb) vom Leiterrahmenlängsträger verhindern.
Das Problem:
Bei unerwartet großen Rahmenverwindungen, erreichen die vorgespannten Federn ihre minimale Arbeitslänge. Stoßen die Windungen der Federn in dieser Situation zusammen, werden Lasten vom Kabinenrahmen in den Längsträger eingeleitet. Zugleich werden auch Kräfte in den Kabinenrahmen eingeleitet, der, sollte er nicht steif genug sein, die Verwindung dessen weiter in die Kabinenwandungen überträgt. Bekannterweise führen beide Situationen zu Schädigungen an Wohnkabine und Leiterrahmen.
2. Rautenlagerungskonzept:
Die Verbindung des Aufbaus auf dem Leiterrahmen mittels eines Rautenlagerungskonzeptes stellt ein geeigneteres Lagerungskonzept dar.
Das Rautenlagerungskonzept verdankt seinen Namen der rautenförmigen Anordnung der wippenähnlichen Lagerungsgeometrie, auf denen sich der Kabinenrahmen jeweils zur Längsachse der Wippe rotatorisch frei bewegen kann. Die Wippen sind quer (gelber Pfeil) und längs (roter Pfeil) der Fahrtrichtung über Wippenträger auf dem Obergurt oder am Steg des U-förmigen Leiterrahmens montiert.
Das Problem:
Die Hersteller schreiben in den Herstellerrichtlinien vor, an welchen Stellen die in Fahrtrichtung wirkenden translatorisch gerichteten dynamischen Kräfte des Aufbaus, also der Wohnkabine eingeleitet werden sollten. Diese Stellen befinden sich häufig auf Höhe der Hinterachse. Soll nun eine lange Wohnkabine auf dem Schlechtwegefahrgestell ihren Platz finden, ist es aus Gewichtsverteilungsgründen nicht mehr möglich die gleichmäßigen geometrischen Abstände zwischen den gegenüberliegenden Rauten,welche rotatorische Bewegungen um die Längsachse in Fahrtrichtung zulassen, einzuhalten. Bei dieser Anordnung wandert die Längsachse der Wohnkabine schneller, als die der symmetrischen Raute. Es entstehen Kräfte auf die Zylinderlagerungen quer zur Fahrtrichtung. Diese können aber nur Kräfte in Fahrtrichtung aufnehmen. Die zylindrische Lagerung kann hierbei Schaden nehmen. Die dabei entstehenden lotrechten Kräfte, eingeleitet auf die Stegfläche, führen zu hohen Spannungen und damit zum Riss des Trägers.
Unsere Lösung
Die Verbindung des Aufbaus auf dem Leiterrahmen mittels einer dynamischen Pendelstützenlagerung stellt ein hochentwickeltes Lagerungskonzept dar und ist von uns seit dem 17.03.2021 durch die Eintragung eines Gebrauchsmusters geschützt.
Das Lagerungskonzept besteht aus mehreren Komponenten. Der Hilfsrahmen (1) dient der Befestigung der sogenannten Wippen (2) auf dem Leiterrahmen des Schlechtwegefahrgestells. Die links und rechts der Fahrzeuglängsachse angeordneten Pendelstützen (3) verbinden den Wohnkabinenrahmen mit der Außenseite des Steges der U-förmigen Längsträger des Leiterrahmens. Der Schubstab (4) und das Hutprofil (5) stützen den gesamten Wohnkabinenaufbau in Fahrrichtung ab.
Aufgabe des Hilfsrahmens (1) ist es, die Verbindung zwischen Wippe und Längsträger herzustellen. Dabei muss dieser zwei Kriterien erfüllen. Die Torsionsbewegung bei Verwindung des sich unter ihm befindenden Längsträgers darf nicht behindert werden, gleichzeitig sorgt er für eine gleichmäßige Lastverteilung auf den Obergurten der Längsträger.
Die Wippen (2) ermöglichen eine Torison des Fahrzeugrahmens ohne Kraftübertragung auf den Kabinenrahmen.
Die Pendelstützen (3) stabilisieren die Kabine und fangen verschiebungen von Fahrzeugrahmen zu Kabinenrahmen ab.
Die Schubstange und das Hutprofil (4) nehmen über die dritte Welle translatorische Beschleunigungskräft der Wohnkabine auf.
