Wie steif muss der Hilfsrahmen für eine GFK Kabine sein?

[Vollmilch]

Hallo Experten,

ich mache mir gerade Gedanken über eine Hilfsrahmen mit Federlagerung für meine geplante GFK Kabine.

Wird das Fahrzeug verschränkt dann liegt der Rahmen an der hinteren Fixierung sowie auf einer Seite auf dem Fahrzeugrahmen auf. In der Zeichnung mit den grünen Pfeilen gekennzeichnet.

Unter diesen Bedingungen sollen 2 Tonnen von oben auf den Rahmen drücken (Kabine + Ausbau). Das Gewicht müsste man vermutlich erhöhen, da ja in der Bewegung höhere Beschleunigungskräfte wirken können. Verwendet wird eine 4 mm Stahldicke ,S355.

Die Simulation zeigt, dass sich bei einer Verschränkung der Rahmen um ca. 3,5 mm verbiegt.

Das heißt, die GFK Stucktur müsste sich auf 1 Meter ca. 3,5 mm verbiegen lassen können. Wird das eine typische GFK Wand (55 mm Dicke / 1,3 mm Gewebe Außen + 3mm Wabe + PU Schaum +1,3 mm Feingewebe Innen) inkl. Winkel innen und außen über 20 Jahre aushalten?

Gruß, Mario

[Alf1992]

Hallo,
ich bin leider kein Experte, aber nach Deinen Vorgaben müssten sich die senkrechten Seitenteile
bei einer Kabinenlänge von 4m um 14mm verändern/ bewegen.
Du wirst nie einen Rahmen bauen können, der keine Kräfte auf den Kabine überträgt.
Ob die Kabine das aushält, hängt von vielen Faktoren ab.
Wie sind die Abmaße der Kabine.
Wie ist die Kabine zusammengefügt.
Welche Profile werden benutzt, werden diese Verklebt,
wie breit sind die Überlappungen, oder werden die Platten zusammenlaminiert.
Welche Versteifungen sind in die Platten selber eingearbeitet etc.
Es bleiben noch sehr viele Fragen offen

Theorie ist immer das eine....

[Wohnklo]

Hallo,


Man sollte auch immer bedenken, daß so ein Koffer auch eine eigene Festigkeit besitzt, d.h. das der Koffer - je nach Ausführung - zusätzlich zur Steifigkeit des Gesmtsystemes beiträgt.

Natürlich nimmt er dazu Kräfte auf, aber das muss er können und wird er auch.

Die paar mm sind meiner Meinung nach vernachlässigbar - ein Koffer auf einem Verteiler
-LKW verwindet sich ja auch - vermutlich sogar mehr als auf einem gut gelagertem Zwischenrahmen eines Allrad-LKW im Gelände.
Dazu kommt das die Koffer des Verteiler-LKW meist nicht so steif sind, weil die ja hinten eine Tür und keine feste Wand haben.


Grüße Dirk

[Alf1992]

Und da ist genau der Unterschied.
Der Koffer des Verteiler LKW ist bewusst flexibel gebaut.
Er kann in sich tordieren.
Die Kabinewand ist aber deutlich unflexibeler,
und die Schänke und Halb- und Vollwände sollen sich
ja auch nicht selbständig machen.

[Vollmilch]

Hallo und danke für die Antworten.

Ich möchte nur herausbekommen wie steif ich den Hilfsrahmen ausführen soll damit er hält. Bei einer GFK Kabine heißt es immer das der Hilfsrahmen besonders steif sein muss. Was bedeutet das aber in Zahlen. Eine Verformung wird es immer geben. Es wird leider zu selten darüber berichtet wenn die GFK Struktur wegen eine zu weichen Hilfsrahmen reißt. Vielleicht passiert es ja auch nie, weil die Hilfsrahmen immer maßlos überdimensioniert sind.

Die Frag bleibt.... wie viel mm Verbiegung auf 1 Meter sind akzeptabel damit es noch hält? ... auch Schätzwerte... Baugefühle sind Willkommen

[hugepanic]

Wer baut den Koffer, wer baut die Platten?frag beim Hersteller nach, welche Verschiebung (pro Meter?) Zulässig ist.

Alternative:
Nimm eine bekannte Konstruktion und bestimme die Verschiebung. Dann kannst du deine Konstruktion so tunen das du ähnliche Werte erhältst.

[seppr]

Mein Bauchgefühl sagt mir: Rechteckrohre mit 4 mm Stahldicke sind schon sehr stabil, gefühlsmäßig schon überdimensioniert. Kein Rahmenbauer verwendet für Wohnkoffer mit 2 Tonnen noch dickeres Material.
Wobei neben der Materialstärke natürlich auch die Querschnittsmaße des Rechteckrohres eine entscheidende Rolle spielen.

Weiteres Bauchgefühl: Eine typische GfK-Kabine mit dicken Sikaflexnähten verklebt ist flexibler als eine wie gezeigt fast überdimensionierte Zwischenrahmenkonstruktion.
Ob man das aber vernünftig rechnen kann bei den vielen unsicheren Grunddaten? Nur dann käme man über das Bauchgefühl hinaus.

Sepp

[hugepanic]

Die Wandstärke ist für die Steifigkeit eines Profils nicht entscheidend.
Die Höhe(breite) des Profils bringen viel mehr.
Stichwort "Steiner Anteil"...
(Jetzt kommt bestimmt wieder ein Klugscheißer der sich ein Beispiel rausucht bei dem er meint das ist nicht so....)

[Konstrukteur]

Hallo Mario,
ohne jetzt ins Detail zu gehen, es fehlen noch einige wichtige Angaben für den Zwischenrahmen.
4mm Wanddicke ist nicht unbedingt viel, kommt halt auf die Profilgröße an, aber dafür machst Du keine Angaben.
Soweit ich das bisher mitbekommen habe, sind die Wandstärken eher 5mm oder 6mm.
Außerdem ist die Belastung ja nicht gleichmäßig verteilt, dort wo die Wassertanks sind, ist die Belastung deutlich höher, im Weg ist sie gering.
Fakt ist aber, dass 3,5mm/m Verwindung deutlich zu viel sein dürfte, das wird Dir die Kabine zerreißen.
Hängt aber auch davon ab, wie viele Verstärkungen wiederum in der Kabine selbst einlaminiert sind und wie steif die Kabine selbst ist.
Ziel des Zwischenrahmens ist ja, so gut wie jede Verwindung von der Kabine fernzuhalten, da sie einfach zu steif ist um Verwindungen aufnehmen zu können.

Außerdem ist die Wandstärke des Aussenlaminats zu klein, da bist Du bei "Feindkontakt" direkt durch.
Üblich sind hier eher 2mm Wandstärke, manche nehmen auch 3mm.

Gruß Uwe

[Vollmilch]

hier noch ein paar Daten:
Kabinen Länge 4700 mm, Fahrzeug Fuso Canter 6c18 (gekröpfter Rahmen)
GFK Winkel außen 90x90x3, GFK Winkel innen 40x40x3... werden verklebt (nicht einlaminiert)
Hintere Längsträger 180x60x4 mm
vorderer Längsträger 100x60x4 mm
Querträger 100x60x4 mm
links, rechts L- Winkel 60x60x4mm
Gewicht des Hilfsrahmen ca. 300kg
Wenn man sich den Hilfsrahmen für einen FM2 Shelter anschaut dann ist ist meist auch so schwer. Der Shelter kann aber viel mehr ab. Von daher müsste mehr Gewicht rein bzw dickere Wandstärken.
Die Lastverteilung ist in der Simulation gleichmäßig... was in der Realität nicht so wäre. Die schweren Teile kommen in die Mitte und wenn es geht in die Nähe von der Hinterradachse. Vorn ist eine Sitzgruppe angedacht.
Am Ende ist es natürlich immer nur eine Simulation.
Mich würde ja mal die Daten interessieren von Systemen wo es funktioniert. Das könnte ich dann auch mal simulieren um zu sehen wie sehr diese verbogen werden.

Die Frage ist ja... wie viel mm Verbiegung pro Meter wären akzeptabel???

[felix]

Hallo,

du kannst den Rahmen nicht getrennt vom Koffer betrachten, die Verwindungssteifigkeit kommt über die Wände des Koffers. Das macht so eine GFK-Wand auch ohne Probleme (kannst ja mal rechnen, welche Kraft Du brauchst, um eine 4,60m lange und 2m hohe Seitenwand auf der hohen Seite 10mm durchzubiegen oder parallel zu verschieben…)

Der Rahmen wird nie in die Verlegenheit kommen, den Koffer torsionssteif zu halten, da die Kofferwände immer steifer sind, als jeder Rahmen. Mach deine FEM mal mit einem Koffer auf dem Rahmen.

Die kritische Stelle ist die Verbindung der Kofferwände zum Rahmen: die muss die bei Verwindung auftretenden Kräfte so in die Wände einleiten können, dass die Wände nicht punktuell überlastet werden. Aufpassen bei der Vordewand: die darf nicht den FZ-Rahmen direkt berühren. Weil die Vorderwand ist so steif, dass sie sonst an den Berührungspunkten das gesamte Aufbaugewicht trägt.

Kritisch sind auch große Ausbrüche wie Seiten- und Hecktüren, Slideouts oder große Fenster. Hier muss ggf. mit viel Eisen versteift werden.

Mein russischer Kung Koffer hat einen Rahmen aus Z- und Hutprofilen mit 55mm Höhe und 62,2mm breite. (Die Hutprofile sind gleich hoch, aber 125mm breit) Alle Rahmenprofile haben 2,5mm Wandstärke. Wenn ich auf dem freitragenden Rahmen laufe, gibt der sichtbar nach. Darauf liegt noch eine Alu-Holz Sandwich-Platte von unten nach oben: 1mm Alu, 30mm mit Sperrholz verstärkter Schaum, 18mm Holz. Der Koffer ist aus Sandwich von außen nach innen 1mm Alu, 30mm mit Sperrholz verstärkter Schaum und innen 3mm Sperrholz.

Das genügt. Der Rahmen muss nur die Zuladung ausreichend großflächig in Fahrzeugrahmen und Kofferwände einleiten. Diese Kung-Koffer müssten die gesamte Zuladung eines 3-Achs Urals tragen können, wurden in der Armee ausgiebig erprobt und seit 50 Jahren tausendfach gebaut.

MlG
Felix

P.S. Wenn du rechnen möchtest: Die Literatur nennt „Stoßzahlen“ von 1,3 für gefederte Aufbauten bei Straßenfahrzeugen und bis zu 2,5 bei Geländefahrzeugen. Dauerhaft Schwingungsfest mit entsprechenden Faktoren für Schweißnähte etc.

[Weickenm]

Moin Felix,

P.S. Wenn du rechnen möchtest: Die Literatur nennt „Stoßzahlen“ von 1,3 für gefederte Aufbauten bei Straßenfahrzeugen und bis zu 2,5 bei Geländefahrzeugen. Dauerhaft Schwingungsfest mit entsprechenden Faktoren für Schweißnähte etc.

Hast Du zu den angegeben Stoßzahlen zufällig eine Quelle?
Denn, ohne Dir zu Nahe treten zu wollen, ist mir eine Vertikalbeschleunigung von 5 im Kopf hängen geblieben. Die Bundeswehr hingegen fordert in Ihrer TDV zu Ladesicherung nur 1,5g als Vertikalbeschleunigung bei Verlastung auf der Pritsche.

Wie gesagt, nicht als Angriff gemeint, sondern einfach aus reiner Neugier


Beste Grüße
Florian

[felix]

Moin Florian,

kein Problem, meine Erinnerung stützt sich auf „Nutzfahrzeugtechnik: Grundlagen, Systeme, Komponenten“, ISBN 9783528238988“

Ausgabe und Seite weiß ich gerade nicht.

MlG
Felix

[Weickenm]

Merci!
Dann nutzen wir mal wieder den Springerlink

[Vollmilch]

Ich glaube ich werde das Modell mal in einer ruhigen Minute um eine GFK Kiste erweitern
Schwierig sind da eher die Modellparameter des GFK´s die doch stark richtungsabhängig sind und die Simulation das nicht berücksichtigt (Linear Elastisch Isotrop).

Im Netz findet man folgendes:
Bitte korrigiert mich falls ich damit falsch liege:

6.JPG (24.22 KiB) 3899 mal betrachtet

[Pirx]

Ich glaube ich werde das Modell mal in einer ruhigen Minute um eine GFK Kiste erweitern
Schwierig sind da eher die Modellparameter des GFK´s die doch stark richtungsabhängig sind und die Simulation das nicht berücksichtigt (Linear Elastisch Isotrop).

Im Netz findet man folgendes:
Bitte korrigiert mich falls ich damit falsch liege:
6.JPG

Planst Du denn einen Koffer aus Voll-GFK (gibt es) oder aus GFK-Sandwich (GFK-Deckschichten mit Schaumfüllung)?
Ein Sandwich kannst Du nur mit den Werten für das GFK nicht rechnen. Das Sandwich hat im Verbund ganz andere Werte (das ist ja gerade der Witz am Sandwich).

Pirx

[Vollmilch]

Die PU Werte habe ich. Ich würde einen 55 mm Dicke Sandwich- Platte simulieren... 2 mm GFK, 51 mm PU und 2 mm GFK. Dann noch Außen- und Innen- Winkel. Warum sollte das nicht gehen?

[Pirx]

Die PU Werte habe ich. Ich würde einen 55 mm Dicke Sandwich- Platte simulieren... 2 mm GFK, 51 mm PU und 2 mm GFK. Dann noch Außen- und Innen- Winkel. Warum sollte das nicht gehen?

Natürlich geht das, wenn man weiß, was man tut.
Ich war nur irritiert, weil Du weiter oben nur die Werte für das GFK angegeben hattest. Daß Du auch die Werte für den PU-Schaum hast, konnte ich nicht ahnen.

Pirx

[Apfeltom]

Moin Mario,
Felix hat das angesprochen- nicht zu vernachlässigen ist die Art und Weise der Krafteinleitung von Zwischenrahmen zu den Wänden des Koffer.
Auch hierbei sind die Werte der Sandwichkonstruktion sehr unterschiedlich je nach Schaumtyp und Klebetechnik.
Vielleicht macht es Sinn mal mit einem Ingenieur der Fa. Von der Linden zu sprechen. Die haben im Bootsbau jede Menge instruktive Erfahrung - wo sich ja ganz ähnliche Fragen der Krafteinleitung stellen.
Viel Glück Dir!
Gruß
Thom

[WMFStefan]

Hallöchen,

mein (ALU)-Zwischenrahmen leitet, (glaube ich), null Kräfte in meine Sandwichkabine. Wenn Kräfte auf das Gfk-Sandwich wirken würden, würde diese ja im Gelände sofort zerbrechen, oder liege ich da falsch?
Zumindest hat bis jetzt, nach 16000 km, noch alles gehalten.
(Habe ne Dreipunklagerung).

LG Stefan, der auch gerne mal im Dreck spielt

[Bad Metall]

Hallo Stefan

Wieviel verwindet sich Dein Fahrzeugrahmen überhaupt? Ich bin kein Daly Spezialist, aber soweit ich weiß verdreht der Rahmen nicht wirklich viel.
Da müssten ein paar Gummiholfedern eigentlich reichen.
Beim Fuso würde ich diagonal mal anheben, um zu sehen wie die Verwindung ist und den Zwischenrahmen planen

Gruß Bernd

[WMFStefan]

Hallo Bernd,

beim 4x4 Daily verwindet sich der Hauptrahmen schon sehr stark. Man spricht hier auch vom "kleinen Unimog".
Die sehr guten Offroadeigenschaften kommen quasi aus Verwindung des Hauptrahmens (von SCAM bis Bauj. 2019),in Kombi mit dem Federweg des Fahrwerks.

Mir ist es echt völlig unverständlich, warum z.B. Bimobil, oder 4Wheehl24 (siehe angehängtes Pic), die Zwischenrahmen
mehr oder weniger fest an den Hauptrahmen schrauben, mit vergleichsweise winzigen (Teller)-Federpaketen und in Kombi mit Silentlagern.

Ich würde gerne mal wissen, was wirklich mit der Kabine in schwerem Gelände passiert.

Um Kräfte nicht in meine Sandwichkabine einzuleiten, habe ich vorne unter dem Zwischenrahmen eine ca. 1,5 Meter breite
Wippe. Daher auch der Absatz vorne im Zwischenrahmen.
Die Aufbaurichtlinien sind beim 4x4 Daily recht eindeutig. Sinngemäß: "Vorne beweglich, hinten fest am Hauptrahmen verschraubt".

Grüße vom Stefan, der mit seinem Daily nicht nur zur Eisdiele fährt.

[hugepanic]

Das mit den Kräften und Steifigkeiten bei Koffer und Zwischenrahmen ist so eine sache.

Sicherlich ist ein Koffer auf torsion erstmal steif. Kräfte (oder Verdrehungen/torsion) hält er ja aber angeblich trotzdem keine/wenig aus. Deswegen soll der Zwischenrahmen ja steif sein.

Die Kräfte suchen sich immer den steifsten Lastpfad. Ist der Koffer also zu steif, ist der Zwischenrahmen egal.
Im Umkehrschluss: ein steifer Zwischenrahmen sorgt dafür daß keine/wenig Kräfte in den Koffer eingeleitet werden. Das scheint ja üblicherweise das Ziel der Konstruktion zu seinje Grafiker der Koffer, desto steifer muss der Zwischenrahmen sein.

Die Frage nach der maximalen Verschiebung/Verdrehung des Koffers bleibt damit aber noch offen.

[Adriaan]

Mario,

bei mein SCAM(ist ja nicht viel anders als dein Daily) hab ich es so gemacht:



Hier noch ohne Pulverbeschichtigung. Der Rahmen besteht aus 60/120/60 U Profil in 6 mm, die Ausleger aus 3 mm ST 355. Ist im hinteren 2/3 fest verschraubt, vorne Federgelagert. Meine GFK Kabine besteht aus 30 mm Sandwichplatten, innen und aussen mit 2 mm Alu Winkeln verklebt. Der Aufbau ist an alle Ausleger verschraubt. Die 120 mm Höhe brauche ich beim SCAM um über das VTG zu kommen. Das Profil ist standardware. 4 oder 5 mm hätten vielleicht auch gereicht, aber diese Profile hätte ich aufwendig kanten lassen müssen. Die Ausleger habe ich selbst gestanzt/gekantet.

Und ja, ist wohl etwas überdimensioniert aber dafür bewegt sich beim verschränken am Rahmen/Aufbau nichts. Ich habe überlegt den Rahmen aus Alu zu machen, aber es gelassen. Um die gleiche Belastbarkeit zu bekommen mussen schon höhere Materialstärken eingesetzt werden, die Kosten steigen, das Schweissen hätte ich nicht selbst gekonnt, Reparatur unterwegs wird schwieriger und am ende ist der Gewichtsersparnis nicht so hoch das es sich - für mich - lohnt.

Federlagerung und seitliche Führung sehen so aus, die Federn sind allerdings in der Praxis zu schwach, stärkere sind bei Gutekunst bestellt:





Adriaan

[Ulf H]

@adriaan ... woran merkst du, dass die Federn zu schwach sind? ...

Gruss Ulf

[clyde]

Vermutlich daran, daß die Schrauben klappern.

[Bad Metall]

Hallo Stefan

Danke für die Bilder. Wenn ich den LKW Rahmen so sehe, ist der aus Rechteckprofil mit durchgesteckten Rohren, die verschweißt wurden. Das sieht ähnlich aus wie bei meinem Duro und der verwindet ( verdreht) sich der Hauptrahmen nicht mehr
als 3 bis 4 cm
Die Verschränkung kommt dann aus den Parbalfedern und nicht vom LKW Rahmen.
Der Hintergrund für meine Frage war die Anfrage eines Kunden, der das gleiche Fahrgestell wie Du hast. Nach den Bildern des Kunden und der Vermaßung der Verschränkung ergab das eine ähnliche Verdrehung wie beim Bucher Duro von 2 bis 3 cm am
Lkw Rahmen.
Deshalb verwenden wohl einige Aufbauer keine Gewindestangen und Federn, sondern Hohlgummifedern

Bei Deinem Foto in Schräglage sieht man das der Alkoven in Bezug auf das Fahrerhaus fast keine Bewegung macht.

LG Bernd

[felix]

Moin

Kräfte (oder Verdrehungen/torsion) hält er ja aber angeblich trotzdem keine/wenig aus.

a) Nein, so ein Koffer ist extrem Verwindungssteif und kann enorme Torsionskräfte aufnehmen. Aber er ist nicht geeignet, den gesamten LKW zu tragen/zu versteifen. Deswegen muss der Hilfsrahmem/Bodengruppe den Aufbau vom Fahrgestell entkoppeln.

Das ist ein fundamentales Missverständnis: Verwindet der LKW Rahmen, muss der Hilfsrahmen diese Bewegungen aus dem Koffer fern halten, z.B. indem er vorne abhebt. Er muss aber nicht den Koffer selbst aussteifen, dieser kann I.d.R. sein Eigengewicht (oder auch ein Vielfaches davon, z.B. beim Seecontainer) uneingeschränkt tragen, sofern die Krafteinleitung in die Wände großflächig genug ist.

Die Kräfte suchen sich immer den steifsten Lastpfad.

b) Genau das der Punkt! Die Wand eines Koffers ist 2m hoch, das Rahmenprofil nur 10cm. Wie willst du ein 10cm hohes Profil steifer konstruieren, als eine 200cm hohe Wand? (Bei einer geschlossenen Kiste versucht Torsion die Wände zum Parallelogram zu verschieben, es entsteht also Zug in den Diagonalen.) Die Geometrie des Koffers ist Faktor 20 zu Ungunsten des Rahmens, bei gleicher Steifigkeit wird der Koffer 20x mehr tragen, als sein Rahmen.

Wenn ihr denn Koffer für extreme Torsion versteifen möchtet, dann müsstet ihr diagonale Zugbänder in die Bodengruppe einarbeiten. In der Praxis ist das aber überflüssig.


Ja, ich weiß, oft möchte man einen hohen Zwischenrahmen haben, um auf Radausschnitte verzichten zu können und Platz für Tanks und Staukästen am Rahmen zu bekommen. Aber dann würde ich nicht mehr auf Profilstahl zurückgreifen, dessen Wandstärke mit der Profilhöhe zunimmt, sondern ein C-Profil als Laserkantteil mit großen Ausschnitten im Steg verwenden. Jedes gesparte kg zählt.

MlG
Felix

@Adriaan: Schöne Arbeit, auch wenn die Längsträger viel zu Stabil sind. Die Amada im Hintergrund ist doch das richtige Werkzeug, um einen schönen Längsträger zu Kanten…

[Adriaan]

@adriaan ... woran merkst du, dass die Federn zu schwach sind? ...

Gruss Ulf

Ulf,

es ist nur so'n Gefühl....wenn ich auf der Strasse Kurven fahre(zb auf der Wendehammer paar mal im Kreis) neigt sich das Fahrzeug natürgemäss. Es fühlt sich dann aber ab ein gewissener Punkt so an, alsob der Aufbau "schlagartig" etwas weiter kippt. Ein Kumpel hat das von aussen angeschaut und festgestellt das genau dann der Rahmen vorne abhebt. Es passiert zwar nichts, fühlt sich aber komisch an.

Ich probiere jetzt mal deutlich stärkere Federn und taste mich dann an die richtige Stärke dran. Berechnen kann ich das nämlich nicht

Da die Federn bei Gutekunst in der stärkere Ausführung grad mal sieben Euro/Stuck kosten geht das auch kostengünstig.

Der Rahmen hebt sich übrigens bei maximal mögliche Verschränkung so 4 cm ab, also kein Vergleich zur "richtigen" LKW. Der SCAM Rahmen ist relativ steif ausgeführt.

Adriaan

[Adriaan]

@Adriaan: Schöne Arbeit, auch wenn die Längsträger viel zu Stabil sind.

Na ja, die müssen ja auch mein Gewicht tragen können

Adriaan