Heckträger II: Neubau des Reserveradhalters

Wir hatten einen funktionierenden Reserveradhalter mit Seilwinde, den wir zugunsten eines Neubaus ersetzten. Wo ist der Fortschritt?

Reserveradhalter I

Aus Zeitgründen wurde der erste Heckträger aus dem Stahl gebaut, der gerade herum lag und geriet dabei so massiv, dass er unter allen Umständen halten würde. Mit montiertem Ersatzrad belastete der Träger das Ende des Hilfsrahmens mit rund 300 Kg. Diese Gewichtskraft wirkte auf das Ende eines langen Hebels hinter der Hinterachse des Steyrs. Gehalten wurde das Konstrukt von zwei massiven 45° Einschubprofilen. Eine weitere Aufhängung an der Kabine gab es nicht. Die Konstruktion funktionierte, hatte aber Optimierungspotential.

Nachteil 1: Gesamtgewicht

Der Heckträger wog einschließlich Felgenhalterung Knickverstärkungen und Kran in Summe über 100 Kg. Damit war die Konstruktion deutlich massiver und schwerer als technisch notwendig; einen großen Teil der konstruktiven Belastungsreserven fraß das Eigengewicht wieder auf. Darüberhinaus waren die Abmessungen überdimensioniert. Eine überschlägige Rechnung für eine auf das technisch notwendige reduzierte Neukonstruktion ergab bis zu 75 Kg Einsparpotential. Jedes eingesparte unnötige Kilogramm lässt sich zur Kompensation anderer nötiger Anbauten nutzen.

Nachteil 2: einseitige Abstützung

Auf der ersten Reise senkte sich der Träger durch die dynamischen Lastspitzen im Offroad-Einsatz um ein paar Millimeter ab, was kein Grund zur Panik aber auch kein Grund zur Freude war. Die Konstruktion hatte sich "gesetzt". Nun musste dafür gesorgt werden, dass sich das entstandene Spiel nicht vergrößert, d.h. eine zweite Befestigung an der Kabine tat Not.

Wir hatten das angeschrägte Kabinenheck am Träger zwar nachgebildet, den Knickpunkt des Winkels jedoch nicht exakt getroffenen: Der 45° Knick war nicht ganz auf der richtigen Höhe; außerdem war dort eine Schweißnaht platziert. Zwischen Träger und Kabinenrückwand tat sich mit zunehmender Bauhöhe ein immer größerer Spalt auf. Um den Träger flächig an die Rückwand der Wohnkabine anzulegen (die einzig "saubere" Lösung) hätte es einiger Kniffe bedurft. So wären z.B. die unteren Stützprofile anzuschneiden und neu zu verschweißen gewesen. Alles in allem lösbar, aber nicht ganz unproblematisch.

Nachteil 3: fehlender Fahrradträger

Auf zukünftigen Reisen möchten wir Fahrräder mitführen und benötigen dafür eine Transportmöglichkeit. Ein außenliegender Fahrradträger sollte aus Komfortgründen Heckträger ansetzen. Durch die zu erwartenden Hebelkräfte würden sich die Zugkräfte am Ende des Hilfsrahmens mit der alten Konstruktion noch weiter erhöhen, was auf Dauer wenig ratsam erschien.

Unter diesen Nachteilen wog die überschwere freitragende Konstruktion als stärkstes Argument gegen die Beibehaltung von Heckräger I. Als Umkehr der Konstruktionsprinzipien sollte ein neuer Heckträger erheblich leichter sein, direkt an die Kabinenrückwand montiert und nur zusätzlich am Hilfsrahmen abgestützt werden.

Tragfähigkeit der Kabinenrückwand

Das Reserverad (Reifen + Felge) wiegt ca. 180 Kg. Für den Halter (ohne Abstützung) werden rund 20 Kg Stahl verbaut. Damit hängen bei statischer Betrachtung in Summe 200 Kg an der Rückwand. Die wichtigste Frage lautet: Wird die Rückwand der Siebdruck-Wohnkabine der Belastung standhalten?

Ein paar Sätze zur Konstruktion: Die Rückwand ist über 80 mm dick und besteht aus einem flächig verklebten und verschraubten Sandwich-Verbund aus Vollholz-Fachwerk mit XPS-Hartschaum und Schichtholz-/Aluminium-Deckschichten. Beim Kabinenbau integrierten wir in die Wand 16 Meter 60 x 60 mm Holzrahmen als kreuzüberblattetes tragendes Skelett. Unterhalb der Rückwand wird die Kabine durch eine Heckschräge in seitlicher Richtung ausgesteift. Über 20 Stück M10 Schlossschrauben (und reichlich MS Polymer-Kleber) verbinden die Rückwand mit den Seitenwänden und dem Dach. An den Kabinenkanten wächst die Massivholzdichte auf über 140 mm an. Die Außenverschalung mit Siebdruckplatten - über alle Außenkanten geklebt und verschraubt - verbindet alle Wände nochmals miteinander. Darüber sind zusätzlich noch Stahlwinkel (60 x 60 x 1,5 mm) als Kantenschutz aufgeklebt und geschraubt. Als letzte Verstärkung erhielt die längsvertäfelte Rückwand im Rahmen der Außengestaltung zusätzlich eine aufgeklebte Quervertäfelung aus Aluminium.

Zweifel, ob die Rückwand das Ersatzrad tragen könnte, wurden durch die Demontage des provisorischen Innenausbaus ausgeräumt. Wir bekamen den Holzausbau nur unter äußerster Gewaltanwendung aus der Kabine gelöst. All die verwendeten Schrauben trugen dabei kaum etwas zur Stabilität bei; es ist die flächige Verklebung, die unglaubliche Lasten tragen kann.

Rechenbeispiel

Gegeben sei eine Baumarktschraube der Festigkeitsklasse 4.8. Die Zugfestigkeit liegt laut Tabelle bei 400 N/qmm. Eine 5 x 50 Holzschraube mit einer Schraubenseele von 3 mm hat eine Querschnittsfläche von Pi x r x r = 3,14 * 1,5 mm x 1,5 mm ~ 7 qmm. Damit würde die Schraube erst ab einer Zugspannung von 7 qmm x 400 N/qmm = 2.800 N bzw. 280 Kg abreißen. Die Streckgrenze wird mit 4 x 8 x 10 = 320 N/qmm bereits früher erreicht. Die maximal zulässige Zugpannung beträgt demnach 2,24 KN bzw. 224 Kg.

Zum Vergleich sei ein quadratisches Blech mit einer Kantenlänge von 100 mm gegeben. Unser Montagekleber Soudal High Tack hat gemäß technischem Datenblatt eine Zugfestigkeit von 3,5 N/qmm. Der Kleber hält dann unter idealen Verarbeitungsbedingungen in der Fläche eine Zugkraft von 10.000 qmm x 3,5 N/qmm = 35.000 N aus, was unter terrestrischen Verhältnissen einem Gewicht von 3,5 to entspricht (auf der Packung steht allerdings trotzdem nur 320 Kg/10 qcm).

Long story short: Zur Lastaufnahme ist eine mehrschichtige Konstruktion aus (Schicht-)Holz mit Metalleinlagen von bis zu 140 mm Materialstärke vorgesehen, bei der die flächig verklebten Schichten sich jeweils überlappen und unter Verwendung hunderter Schrauben (zwischen 5 und 10 mm stark) verschraubt sind. Ich meine, das hält.

Reserveradhalter II

Der neue Heckträger ist im wesentlichen aus einem U-Stahl der Dimension 50 x 40 x 4 mm gebaut. Die Konstruktion besteht aus einem umlaufenden Rechteckrahmen, auf dem die Reifenflanke zu liegen kommt, und einer inneren Y-Struktur, welche den Rahmen aussteift und die Radbefestigung aufnimmt. Im Kreuzungspunkt des Y liegt eine selektiv verstärkte Stahlplatte mit drei Gewindebohrungen; hierin greifen drei Stück M12 Schrauben zur Radbefestigung. Das Rad wird mit dem gewichtsreduzierten "Topf" von Heckträger I an der Felge festgehalten und mit den Schrauben gegen den Rahmen gepresst. Durch das Y verläuft in einem eingeschweißten Rohr die Seilführung der Handseilwinde. Am oberen Querrahmen befindet sich der umsteckbare Kranausleger von Heckträger I, über dessen Seilrollen das 6 mm Drahtseil der Winde verläuft. Das Seil wird am unteren Querrahmen durch eine Walze zur Winde umgelenkt. Der Träger stützt sich über Streben am Hilfsrahmen ab.

Um die Tragfähigkeit und Flächenstabilität der Kabinenrückseite effizient zu nutzen, ist der neue Heckträger nicht an die Rückwand, sondern durch diese hindurch verschraubt. Auf der Innenseite der Rückwand befindet sich ein Gegenrahmen, in dem 16 Stück dicht eingeklebte M10 x 120 mm Flachkopf-Schrauben (V4A) verankert sind. Dadurch wird eine Flächenklemmung anstatt einer Punkbelastung erreicht. Die Schrauben verlaufen durch Montagebohrungen im Fachwerkrahmen der Rückwand. Der Gegenrahmen ist aus 6 mm starken Aluminiumplatten in 80 mm Breite gefertigt. Zur Verhinderung einer Relativbewegung sind Heckträger und Innenrahmen außerdem flächig aufgeklebt. Eine innen zusätzlich aufgebrachte Isolierung (20 mm XPS + 9 mm Sperrholz) schützt den Innenraum vor punktuellen Wärmebrücken durch die Schraubenköpfe.

Aus Korrosionsschutzgründen ist die gesamte Trägerkonstruktion feuerverzinkt und mit Edelstahlschrauben verschraubt. Die Außenseite der Rückwand wurde vor der Montage des Trägers mit Alu-Duett-Tafeln verkleidet. Neben der ansprechenden Optik war der Hauptgrund für die Beplankung, dass nach dem Aufkleben des neuen Heckträgers die Rückwand in einem eventuellen Bedarfsfall nie mehr durchgehend saniert werden könnte. Um einen solchen Bedarfsfall gar nicht erst eintreten zu lassen, wurde die Rückwand nun flächig versiegelt. Die Kombination aus feuerverzinktem Stahl und Aluminium gilt in Bezug auf Kontaktkorrosion in den meisten Umgebungen als unkritisch, mit Ausnahme feuchter Meeresluft und Salzwasser. Alle umlaufenden Fugen sind darum besonders breit gezogen und mit Owatrol versiegelt, um Kontaktkorrosion in jedem Fall zu verhindern.

Fazit

Einige zentrale Konstruktionselemente hatten sich bewährt und wurden deshalb bei der Neukonstruktion des Heckträgers recycelt: Kranausleger, Radbefestigung, Seilumlenkung und Seilwinde. Mit allem Drum und Dran wiegt Heckträger II nur noch ein Drittel von Heckträger I. Da Rad und Träger vollkommen spielfrei montiert sind, erwarten wir keine besorgniserregenden dynamischen Lastspitzen. Ob sich die Neukonstruktion wirklich bewährt, wird aber erst der nächste Dauereinsatz im Gelände zeigen.

Fahrradträger? Überflüssig!

Mindestens zwei Fahrräder sollen griffbereit an Bord mitgeführt werden. Dafür gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten: innen im Stauraum oder außen am Fahrzeug. Da die Nutzung des Stauraums und die Größe der Stauraumklappen eine Zerlegung der Fahrräder empfiehlt, schien ein externer Fahrradträger Pflicht. Nur wohin damit? Als mögliche Aufbewahrungsorte kommen das Fahrzeugheck, der Dachträger und die vordere Stoßstange in Betracht.

Aus praktischen Erwägungen war mir das Heck am liebsten. Dort könnten die Räder mit einer Standardhalterung für PKW-Dachträger hochkant an der Rückwand links und rechts neben dem Ersatzrad aufgehängt werden. Oder an einem "Rucksack", der dem Ersatzrad übergestülpt wird. Oder unter der Heckschräge, mit einer Konstruktion, die an den Knickverstärkungen zwischen Stützstreben und Hilfsrahmen ansetzt.

Nachdem die Kabine wieder auf dem Fahrgestell stand und die genauen Maße am Fahrzeugheck feststanden, wurde lange Zeit ein Rucksackträger am Ersatzrad favorisiert. Dies änderte sich mit dem ersten Bike-Wochenende. Dank der vielen Ablagemöglichkeiten im Innenraum bleibt der Stauraum praktisch ungenutzt und kann zumindest die Rennräder gut aufnehmen. Lediglich das Vorderrad muss ausgebaut werden, ansonsten lassen sich die Räder halbwegs praktikabel durch die Klappen einfädeln. Der wichtigste Vorteil für den Transport der Räder im Fahrzeuginneren ist jedoch, dass die Räder dort sowohl vor Verschmutzung als auch vor neugierigen Blicken geschützt sind.



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