Offroad Wohnwagen mit Transportmöglichkeiten für 2 x Motorräder

Verfasst am: 07.02.2018 08:13:02 Titel:

Guten Morgen,

also diese Festigkeitsberechnung des Rahmens ist echt interessant.

Anfangs war ja mal mein Plan, dass ich die Heck-Plattform an den existierenden Wohnwagenrahmen anbringe, mittlerweile muss ich sagen: Gut dass ich das nicht probiert habe Hau mich, ich bin der Frühling

Naja, jedenfalls befinde ich mich jetzt kurz vor der Auswahl der Rahmenprofile, will aber nochmal letzte Expertenmeinungen oder Erfahrungen einholen. Zur Wahl stehen derzeit entweder ein HEA 140 Profil (Doppel T) oder ein UPE 180 Profil (U-Profil).

Die recht massive Dimensionierung kommt eigentlich nur dadurch zustande, dass der Rahmen durch die Heckplattform für das Motorrad recht stark auf Biegung belastet wird. So entstehen (insbesondere auch aufgrund des langen Hebels) recht hohe Biegespannungen die ich natürlich abfangen muss. Hinzu kommt noch, dass ich den "Käfig" auch an den Ecken auf dem Hauptrahmen aufsetzen werde (und auch noch auf der Längsseite), so dass das Käfiggewicht und das Gepäck ebenfalls noch einmal Biegung am Heck verursacht. Letztlich kommt noch das Eigengewicht des Balkens dazu plus eben diverse Sicherheiten für dynamische Belastung, etc.

Der Preis für die unterschiedlichen Profile spielt gar nicht so die Rolle, aber das Gewicht ist wichtig. Die Rahmen aus den UPE wiegt ca. 350kg, der aus den HEA schon ca. 440kg.

Hat jemand von Euch ein vergleichbares Fahrzeug und kennt die Dimensionierung der Längsholme? Oder hat jemand schon einmal eine Festigkeitsberechnung durchgeführt und bietet an, dass man sich mal austauscht?

Danke und Grüße,

Ditschelping

Verfasst am: 07.02.2018 10:31:39 Titel:

Das ist schon enorm massiv. Ich denke, du wirst dich um vieles leichter tun, wenn du in die dritte Ebene gehst und in die Höhe baust.
Sprich eine Fachwerkkonstruktion aus 2x(30-50mm) Vierkantrohr übereinander, zum Rahmenende hin spitz zulaufend (Böschungswinkel), an der Achse ein Abstand vertikal von 250...300mm. Genaueres muss die Berechnung zeigen.

Alternativ den geplanten Käfig fest mit einbeziehen und dessen Stützwirkung vorraussetzen - sozusagen ein Gitterrohrrahmenchassis bauen.

Mit einem Gitterrohrrahmen bist du, denke ich, unter 200kg...

Verfasst am: 07.02.2018 10:52:09 Titel:

Ich würde von UPE abraten, da es dieses zumeist nur als Baustahl gibt. Für solche Rahmen nimmt man besser QStE 380 C-Profile, kaltgewalzt in 200x60x7 oder so. Gefühlt sind auch die noch unterdimensioniert, um dauerschwingfest ein Mopped in 3 m Entfernung zu tragen.

Bevor du sowas durch eine FEM quälst, rechne es vereinfacht von Hand. Gibt besseren Aufschluss über die benötigte Größenordnung.

Viel Erfolg beim Projekt! Winke Winke

Verfasst am: 07.02.2018 11:00:55 Titel:

Die Idee mit dem tragenden Bügel ist super! Quasi eine Hängebrücke bauen, diese verkleiden, drin campen und vorn und hinten die Moppeds parken YES

Verfasst am: 07.02.2018 11:44:17 Titel:

Hallo Fuchs89,

danke für den Hinweis!

Ich hatte vor die Profile nicht in 235, sondern in der 355J2 Güte zu nehmen. Damit sind die doch glaube ich den QStE380 recht ähnlich, oder? Oder ist das nicht sogar das gleiche nur alte bzw. neue Bezeichnung?

Zur Berechnung: Ich bin schon dazu übergegangen von Hand zu rechnen. Das ständige Verändern des CAD Modells bei geänderten Rahmenprofilen und die langen Berechnungszeiten gingen mir auf den Sack :D

C-Profile finde ich allerdings nirgendwo so richtig zu kaufen, daher habe ich mich jetzt auf die UPE festgelegt. Die gibt es sogar verzinkt.

Aktuell rechne ich rein analytisch mit Excel und versuche durch die Auswahl des Profils unter 70N/mm² statischer Biegespannung zu bleiben. Bei dynamischer Belastung schwellend sollte ich dann laut Dauerfestigkeitsschaubildern für den Stahl bis zu einer Amplitude von +300N/mm² und -180N/mm² dauerfest sein.

Zum Käfig:
Der tragende Bügel funktioniert glaube ich nicht, oder? Dafür müsste ich eher so eine Art Spitzdach auf das Ding setzen damit die Kraftrichtung funktioniert. Bei meiner rechteckigen Geometrie wird das nix bringen.

Verfasst am: 07.02.2018 12:43:34 Titel:

@ Ditschelping:

Darf ich fragen was Du beruflich machst? Ich nehme an Dein Dauerfstigkeitsschaubild ist ein Smith-Diagramm, in welchem keine Sicherheiten inbegriffen sind. Welche Lastfälle rechnst Du dort durch? Das sind nur einige oberflächliche Fragen, welche mir durch den Kopf gehen. Ich kann mir ehrlich gesagt nicht vorstellen, das Du die Lastannahmen und Randbedingungen korrekt erfasst hast, um so etwas auszulegen.

Gruß Patrick

Verfasst am: 07.02.2018 12:50:08 Titel:

Ich hab mal Maschinenbau studiert, ist aber paar Jahre her und hab mich längere Zeit nicht mehr mit dynamischer Festigkeitsberechnung auseinandergesetzt. Arbeite mich halt so nach und nach wieder ein. Aber wird schon...

Selbstverständlich werde ich meine Berechnungen auch nochmal von einer zweiten oder dritten Person kontrollieren lassen. Die Theorie kriege ich denke ich hin, bei dem Abgleich mit den Erfahrungswerten hapert es halt. Daher auch hier die Kontaktaufnahme zum Forum, kann ja immer mal sein dass sich hier jemand rumtreibt der davon Ahnung hat.

Lasse mir gerne helfen und nehme Ratschläge gerne an.

Sicherheiten werde ich natürlich am Ende einkalkulieren, logisch...

Naja ehrlich gesagt ist mein primäres Ziel es robust zu bauen und so dass es sicher ist und hält. Der Punkt dass es leicht und effizient ist kommt an zweiter Stelle.

Ach übrigens: Hab nochmal mit dem TÜV Kontakt gehabt, der will den ganzen Kram den ich hier rechne übrigens angeblich gar nicht haben Hau mich, ich bin der Frühling

Ein bißchen seltsam finde ich das schon :D

Achso: Ja es ist ein Smith Diagramm. Lastfälle hätte ich jetzt halt statisch, dynamisch schwellende Belastung und Impulslastfall (Überfahren eines Hindernisses z.B. Bordstein) mit erhöhter Geschwindigkeit) betrachtet.

Verfasst am: 07.02.2018 13:36:58 Titel:

Ansatz und Gedanken sind schon fachmännisch. Nach der mit Sicherheit für Schwellbeanspruchung beaufschlagten Biegespannung, die unter der zulässigen liegen muss, ist noch das Wöhlerdiagramm einzubeziehen, um den Festigkeitsnachweis abzuschließen. Die Daten hierzu ermittelt der Stahlherstellet, Salzgitter Mannesmann hat diese frei zugänglich.

Gruß Winke Winke

Verfasst am: 07.02.2018 15:58:41 Titel:

Verfasst am: 07.02.2018 16:15:00 Titel:

Die Idee klingt gar nicht so schlecht, finde ich.

Meinst Du etwa so?

Die Diagonalen dann so, dass man Sie aushängen kann wenn keine Belastung auf den Trägern ist.

Verfasst am: 07.02.2018 17:04:41 Titel:

Genau so!

Verfasst am: 07.02.2018 18:56:05 Titel:

Hier noch eine schlampige Skizze des Modells Hängebrücke:

[img]

Verfasst am: 07.02.2018 20:28:51 Titel:

Verfasst am: 08.02.2018 10:26:03 Titel:

Moin,

erstmal habe ich großen Respekt vor Dir, dass Du Dich an so eine Sache heran traust. Ich habe mal kurz meine ersten Gedanken dazu zusammengeschrieben, welche mir so durch den Kopf gingen als ich das alles gelesen habe. Bitte nimm mir die schroffe Art nicht übel. Ich sage direkt was ich denke.

1. Ausgangsbasis des Trailers:
1. Trailerzustand (Basisrahmen, Achse selbst, Achsaufnahme)
2. Alle Belastungen des Hilfsrahmens müssen in den Grundrahmen geleitet werden. D. h. auch dieser muss das leisten können. Das habe ich in der Betrachtung bisher noch nicht gesehen. Ich nehme an der Wohnwagen ist ein Standard-Modell ohne Offroad-Capabilities. D. h. er wurde nicht für solche Umbauten ausgelegt.
3. Erhöhung des Gesamtgewichts auf die Achse. Kann die das leisten? Erhöhung der Lasten auf der Deichsel -> eventuelle Erhöhung der Stützlast -> andere Kupplung (steht meistens drauf)

2. Grundlagen für den Hilfsrahmen:
1. Durch unverstärkten Camperaufbau (Offroadcamper haben in sich schon eine Rahmenstruktur in der Camperzelle so, dass Dachlasten ertragen werden können) bist du dazu gezwungen diese Maße mittels eines Hilfsrahmens zu überbrücken. D. h. sehr lange Profile um die Höhe des Campers zu überbrücken. -> Knickgefahr beachten!!!!, EULER!!!
2. Viele Kraftumlenkungen innerhalb eines Profils vermeiden -> fördern von Knickungen
3. Es gibt im Fahrzeugbau Richtlinien, welche dazu dienen Fahrzeuge mit Beladung vernünftig auszulegen (Mein Studium ist schon 10 Jahre her, ich kann mich leider nicht mehr an diese Dokumente erinnern)

3. Randbedingungen und Auslegung:
1. Dein ganzes Modell ist ein Masse-Feder-System, D. h. ein Zusammenspiel von Elastizitäten
2. Es gilt nicht nur besonders steife Strukturen zu schaffen, sondern die Steifigkeiten korrekt zu verteilen
3. Es nützt nichts wenn der Hilfsrahmen supersteif ist, jedoch die Verbindungen zum Grundrahmen dann die ganzen Dehnungen aufnehmen müssen. Dein Modell müsste folgende Dinge miteinbeziehen:
a. vor der Achse (Reifen)
b. zwischen Achse und Grundrahmen (Federung und Dämpfung falls vorhanden)
c. Schwingende Massen welche auf den Hilfsrahmen wirken
d. Schwingenden Massen welche auf den Grundrahmen wirken
e. Schwingende Massen welche auf die Achse wirken
4. Für den Fahrzeugbau gibt es je nach Verwendungszweck des Fahrzeugs Belastungsprofile zur Auslegung der Komponenten (Bsp. Einzelradaufhängung wird gern für sowas als Bsp. genommen). Damit wird ein Kraft- bzw. Momenten-Zeit-Signal mit einer bestimmten zeitlichen Länge, in die Baugruppe eingeleitet. Dieses immer wiederkehrende Profil ergibt dann eine Ermüdung (Schädigung) des Bauteils. Jetzt wird geschaut wie lange diese Schädigung ertragen werden kann oder ob eine Dauerfestigkeit bescheinigt werden kann
5. Für solche Auslegungen gibt es Regelwerke bsp.weise FKM-Richtlinie für Maschinenbau bzw. VDI 2230 zur Schraubenauslegung. Das sind nur 2 BSp.
6. In diesen Richtlinien werden Sicherheitsfaktoren anhand logischer Herangehensweisen für Statik und Ermüdung festgelegt und nicht „ ich würde 2x Masse des Mopeds nehmen und gut“.

4. Deine bisherige Herangehensweise:
1. Du hast bis jetzt die Nennspannungen an den Profilen berechnet. Ist auch richtig. Jedoch hast Du auch wie ich annehme Schweißnähte sowie Schraubverbindungen. Die sehe ich bis jetzt nicht in deinen Berechnungen. Sie sind jedoch ganz elementarer Bestandteil deines Konzepts.
2. Bei Beachtung der o. g. Aussagen sehe ich folgende Komponenten zur Auslegung:
a. Hilfsrahmen inklusive Befestigung am Grundrahmen (Schweißnähte, Verschraubungen inkludiert)
b. Grundrahmen inklusive Deichsel --> evtl. Stützlasterhöhung ???
c. Achse, außer sie ist für solche Belastungen vom Hersteller ausgewiesen
d. Federn und Dämpfer
3. Wenn Du die Möglichkeiten zu einer FEM-Auslegung hast nutze sie, da der Aufwand sehr hoch ist diese Dinge analytisch zu rechnen.

Ich weis, dass jetzt wieder einige Leute schreiben, dass das alles doch viel zu kompliziert sei und man ja für sowas nicht studiert haben müsse usw. Ich käpfe jeden Tag mit solchen Leuten in der Produktion. Wenn aber was passiert und die Kacke am Dampfen ist, kommen sie angekrochen. Es geht immer solange gut bis was passiert und bsp.weise son Moped in der Windschutzscheibe von nem PKW liegt. (Ich will das jetzt nicht überspitzen, aber manchmal muss man das drastisch ausdrücken)

Ich hoffe Du machst das trotz meiner Ausführungen weiter und lässt Dich vom Aufwand nicht abschrecken.

Gruß Patrick

Verfasst am: 08.02.2018 10:54:07 Titel:

Hey Patrick,

großes Dankeschön für Deine super ausführlichen Hinweise! Ganz sicher lasse ich mich dadurch nicht von dem Vorhaben abbringen, sondern es ermutigt mich eher.

Eigentlich gibt es zwei K.O. Kriterien für mein Vorhaben, die ich mir vorstellen kann:
1. Ich lasse es sein, weil ich unsicher werde ob es eine Gefährdung für irgendwen darstellt.
2. Ich lasse es sein, weil ich erkenne dass mein Vorhaben technisch/wirtschaftlich nicht realisierbar ist. (Wobei wirtschaftlich sich auf den von mir gesteckten finanziellen Rahmen bezieht, dieser ist sicherlich subjektiv. Vermutlich wäre dieses Projekt vielen Menschen weniger Geld wert als mir :D)

Zu 1: Ich freue mich über jeden Hinweis und jeden Tipp, denn wenn ich den Hinweis bekomme kann ich beginnen mir Gedanken zu dessen Lösung zu machen.

Ein paar Bezeichnungen, damit wir vom gleichen Reden:
- Rahmen bzw. Hauptrahmen: ist bei mir der neue Rahmen (UPE oder HEA Profile des Anhängers)
- Hilfsrahmen: ist bei mir der alte Rahmen des Wohnwagens, der bestehen bleibt, aber nichts trägt ausser dem Wohnwagen selbst
- Käfig: ist der Hilfsrahmen der primär aus optischen Gründen um die Wohnkabine drumherum montiert wird und zusätzlich leichte Transportaufgaben übernehmen soll

Ich möchte noch auf ein paar Punkte von Dir eingehen:

Zu: 1.2. Einleiten der Kräfte aus dem Käfig: Diese berücksichtige ich selbstverständlich komplett. Auch hier berechne ich es sowohl statisch als auch dynamisch.

Zu 1.3.: Achse ist ausgelegt für 3.000kg (Original Alko Zulassung) - mein Wohnwagen soll am Ende möglichst unter 2.250kg wiegen, so dass ich eine 2.500kg Zulassung bzw. Ablastung anstreben kann.

Zu 1.4: Stützlast: Ich gehe von einer Stützlast von 150kg aus. Mein darf auch 150kg (in Deutschland). In anderen Ländern ist der Discovery 4 mit höheren Stützlasten möglich. Ich versuche aber die 150kg zu halten.

Zu 2.1: Offroad-Camper: Bei mir ist das Ziel die Offroad-Optik und die Tragfähigkeit für die anderen Fahrzeuge (Motorräder). Ausserdem die höhere Bodenfreiheit. Wirkliches "Gelände" wird dieser Wohnwagen nie sehen. Vielleicht mal ne Wiese oder nen Schotterweg, aber kein "wirkliches" Gelände. Die Wohnkabine die ich aufsetze ist aber auch sozusagen nur aufgesetzt und per Schrauben verbunden. Die Montage der Wohnkabine erfolgt dabei so, dass keine Biegung in die Wohnkabine eingeleitet wird, sondern nur an Punkten verschraubt wird, wo minimale Verformung des Hauptrahmens auftritt. Grundsätzlich ist es auch denkbar diese Wohnkabine irgendwann mal gegen eine Eigenbau Wohnkabine auszutauschen - dann mit entsprechender Versteifung und ggf. direkt auf dem Hauptrahmen montiert.

Zu 2.2: Kraftumlenkungen im Hilfsrahmen: Danke, werde ich berücksichtigen.

Zu 2.3: Richtlinien Fahrzeugbau: Diese muss ich mir noch aneignen, habe ich noch nicht.

Zu 3.xx: Steifigkeiten und Schwingvehalten: Thema habe ich irgendwie im Kopf, aber ehrlich gesagt noch keinen Ansatz zur Lösung. Meine FEM Software erlaubt eine Eigenschwingungsanalyse, aber habe ich noch nicht gemacht. Vielleicht ist dies ein Ansatz, ich muss mal schauen. Tipps willkommen!

Zu 4.1: bisherige Berechnung der Festigkeiten bezieht sich auf die Träger, da sind noch keine Schweißnähte in der Hauptbelastungsrichtung. Ansonsten muss ich die berücksichtigen, ja stimmt.

4.2.a,b: Berechnung Hauptrahmen: Ja, bin ich bei.

4.2.c,d: Achse: Ist vom Hersteller zugelassen

3.: FEM Einsatz: werde ich nutzen, werde aber zunächst einmal weiter von Hand rechnen und am Ende das fertige Modell nochmal komplett nachrechnen.

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