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Hilfsrahmen

Begriffsdefinition  |  Hilfsrahmen  |  Grundfragen zur Hilfsrahmenkonstruktion  |  Lösung  |  Anschlagpunkte  |  Korrosionsschutz  |  Seitenmarkierungsleuchten  |  Erfahrungswerte

Begriffsdefinition

Unter dem Begriff Hilfsrahmen können zwei völlig unterschiedliche Baugruppen verstanden werden:

Der weitaus geläufigere Gebrauch des Begriffs betrifft einen Zwischenrahmen, der unmittelbar auf dem Leiterrahmen des Fahrgestells aufliegt und zur weiteren Montage der Aufbauten dient. Im Falle flexibel gelagerter Aufbauten sitzen die Anschlagpunkte der Lagerung dann am Zwischenrahmen, der selbst immer fix mit dem Leiterrahmen verbunden ist (und eine punktuelle Lasteinleitung in das Fahrgestell verhindert). Der Zwischenrahmen ist zwar grundsätzlich flexibel, steift den Leiterrahmen des Fahrzeugs aber trotzdem aus.

Als Hilfsrahmen kann auch das Untergestell bezeichnet werden, auf den die Nutzfläche aufgebaut ist (meist auf zusätzlichen Querträgern). Eine Wohnkabine besitzt typischerweise ein außenliegendes oder in die Bodenplatte integriertes Untergestell. Der Hilfsrahmen ist dann ein Teil der Bodengruppe des Aufbaus. Genau in diesem Sinne verwenden wir im folgenden den Begriff Hilfsrahmen.

Hilfsrahmen wofür?

Nicht jeder Aufbau braucht einen separaten Hilfsrahmen. Militärshelter besitzen meist eine so stabile Bodengruppe, dass für diesen Aufbau vorn und hinten nur ein Querträger mit Containerlocks montiert werden muss. Da die großen Flächen unserer Wohnkabine aus Kostengründen aus einzelnen Platten zusammengesetzt sind, wollten wir trotz des in die Bodenplatte integrierten Hartholzrahmens nicht auf einen Hilfsrahmen verzichten. Schließlich bildete der Hilfsrahmen auch das Montagegestell für den Holzkofferaufbau.

Die Pritsche des Steyrs hatten wir als Bodengruppe verworfen. Sie war sowohl in einem stark restaurationsbedürftigen Zustand als auch viel zu weich konstruiert. Außerdem sahen wir keine Möglichkeit, sie in Verbindung mit der geplanten Rautenlagerung zu nutzen.

Grundfragen zur Hilfsrahmenkonstruktion

Der Hilfsrahmen ist das Rückrat der Wohnkabine, vieles hängt von ihm ab. Seine Abmessungen beeinflussen  Breite und Länge des Wohnraums, seine Bauform richtet sich maßgeblich nach der Art der Lagerung. Darum müssen zuerst die Entscheidungen über die Lagerungsart und die Dimensionen der Kabine getroffen werden, bevor der Hilfsrahmen geplant werden kann. Ist der Hilfsrahmen einmal gebaut und fest mit dem Aufbau verbunden, kann er ohne größere Kollateralschäden i.d.R. nicht mehr wesentlich verändert werden.

Wer sich die Zeit dazu nehmen kann, sollte die Konstruktion vollständig durchplanen und die Augen für intelligente Detaillösungen offenhalten. Es wäre schade, wenn sich aufgrund eines Schnellschusses in der Folge gravierende Einschränkungen ergäben.

Vor dem Hilfsrahmenbau sollte man für sich Antworten auf einige wichtige Fragen finden, die später nicht mehr revidiert werden können:

  • Integriert oder extern: soll der Hilfsrahmen unsichtbar in die Bodenplatte integriert werden (vorteilhaft für die freie Nutzung des Kabinenbodens) oder wird die Kabine auf den Hilfsrahmen gestellt (einfach aber äußerst nachteilig für die Unterbodennutzung)?
  • Materialwahl: Aluminium oder Stahl? Welche Materialgüte? Welche Materialdimensionen?
  • Profile: Ein C-, U-, Quadrat- oder Rechteckprofil für alle Längs- und Querträger (günstiger in der Beschaffung und einfacher in der Verarbeitung) oder gewichtsoptimierte unterschiedliche Profile (aufwändiger in der Be- und Verarbeitung)?
  • Einfacher Gitterrahmen (unflexibel) oder komplex versetzte Geometrie (z.B. für tiefe Einstiege, Unterfluranbauten, Ausziehleiter)?
  • Länge, Breite und Höhe des Hilfsrahmens sowie Anzahl der Querträger? Eventuell eine umlaufendes Rahmenprofil?
  • Aufnahme für Containerlocks für eine Absetzkabine?
  • Eventuell Aufnahmen für Passagiersitze im Kofferaufbau?
  • Ausnahmen für Radkästen oder eine abgesenkte Heckgarage?
  • Aussparungen für aus dem Fahrzeugrahmen herausragende Aggregate?
  • Einschränkungen bei der Erreichbarkeit von Fahrzeugaggregaten für den Service?
  • Integration eines Heckträgers?
  • Maximalgewicht des Aufbaus?
  • Eine sinnvolle Ergänzung sind zwei Zusatz-Weitwinkel-Spiegel für je 10 Euro.

Unsere Lösung

Wir brauchten einen Montagerahmen, auf dem wir die Holzkabine aufbauen konnten, und entschieden uns für einen externen Hilfsrahmen, der nicht in die Bodenplatte integriert ist. Dies führt zwar zu mehr Bauhöhe insgesamt, dadurch entfallen aber Abdichtungsprobleme am Holz, die für eine Holzkabine entscheidend sind.

Aus Zeitgründen brauchten wir eine Lösung, die schnell realisierbar und mit Sicherheit funktionsfähig war. Für eine vollumfängliche Planung aller An- und Aufbauten war keine Zeit. Realisiert wurde die einfachst mögliche Hilfsrahmengeometrie: ein klassischer Gitterrohr-Leiterrahmen aus Rechteckrohr in einer einzigen Rohrdimension.

Die Gitterrohr-Geometrie hat entscheidende Vorteile: einfache Planung, schnelle Materialbeschaffung, einfache Verarbeitung (Maße, Ausrichtung, Schweißarbeiten), nachvollziehbare Statik (TÜV-Abnahme). Die Dimension und Materialstärke bestimmte unser Metallbaupartner Heinrich Reiners mit 100 x 60 x 4 Millimeter Stahl-Rechteckrohr. Der verzinkte Hilfsrahmen wiegt damit 250 Kilogramm (120 x 60 x 5 Millimeter wäre 100 Kilogramm schwerer). Der Materialauswahl und der angewandten Schweißtechnik liegen über 50 Jahre Erfahrung im Metall-, Fahrzeug- und Schiffsbau zugrunde.

Alternativ zu einem geschlossenen Profil kann man auch U-Profile verwenden. Allerdings bieten offene Profile bei gleichen Abmessungen und gleicher Materialstärke eine geringere Steifigkeit. Da wir eine Rautenlagerung anstrebten, bei der das gesamte Gewicht des Wohnaufbaus - im reisefertigen Zustand immerhin ca. 2,5 bis 3 Tonnen - auf nur einzelnen Punkten ruht, war die Eigenstabilität von größter Bedeutung. Die Bedeutung erscheint geringer bei einer federverspannten Lagerung, bei der mindestens ein Längsprofil des Hilfsrahmens immer vollständig auf dem Fahrgestell aufliegt. Letztlich erwies sich das geschlossene Profil als sehr hilfreich, beispielsweise beim Heckträger, bei der Gestaltung der Lagerbrücken, beim Auf-/Absetzen der Wohnkabine über Einschübe in den Auslegern und bei der integrierten Verkabelung der Beleuchtung.

Der Hilfsrahmen hat zwei Längs- und sieben Querträger. Zwischen den Längsprofilen beträgt der Abstand 880 Millimeter, d.h. der Hilfsrahmen ist um 100 Millimeter breiter als das Fahrgestell. Dies ist eine Folge unserer Rautenlagerung, bei der die mittigen Querlager außen am Fahrzeugrahmen ansetzen. Die Position der Querträger bestimmte sich nach der Wiederverwendung der hinteren Original-Kotflügel und nach möglichen Kollisionen mit den Originaltanks. Die Anzahl der Querträger ist höher als erforderlich, da durch die beiden Lagerbrücken der Längslager noch zwei zusätzliche Querträger (insgesamt als 9!) die Kabine tragen. Unsere am Boden nur 4.100 Millimeter lange Kabine wäre mit weniger Querträgern ausgekommen.

Die Länge des Hilfsrahmen beträgt 4.060 Millimeter, die Breite 2.380 Millimeter. Die 14 Ausleger der sieben Querträger sind 690 Millimeter lang und bewußt 20 Millimeter kürzer als die Außenbreite der Kabine, um den Kantenschutzwinkeln eine Mindest-Auflagefläche zu bieten. Alle offenen Enden sind mit Kunststoffkappen verschlossen.

Anschlagpunkte

Der Hilfsrahmen nimmt sowohl den Wohnaufbau als auch die Lagerbrücken der Rautenlagerung auf, dafür braucht es Befestigungsmöglichkeiten. Wenn man sein Fahrzeug schon mit einem urstabilen Metallgerüst versieht, sollte man die Gelegenheit nutzen und etwas weiter denken, um Befestigungen für zusätzliche Anbauten einzuplanen. Erwähnt seien beispielsweise Ersatzradhalterung, Handseilwinde, Staukästen, Unterflurtanks oder Beleuchtung.

Die Wohnkabine hält mit M10 x 100 Millimeter Edelstahlschrauben auf dem Hilfsrahmen, dem dazu 8 Millimeter starke durchbohrte Laschen oben bündig angeschweißt wurden. Die Gesamtzahl von 38 Stück hätten wir ohne praxisrelevante Einbußen bei der Belastbarkeit auch auf die Hälfte reduzieren können. Zur Befestigung der Original-Stahlkotflügel sind zwei Querträger mit Nachbildungen der Original-Laschen bestückt. Grundmaterial ist ein 45 x 8 Millimeter Flachstahl, ca. 130 Millimeter lang, jeweils mit zwei beidseitig gesenkten M10 Bohrungen. Links und Rechts zwischen den beiden hintersten Auslegern sind zur Aufnahme von Heckstaukästen je drei Winkelprofile gespannt.

Außer Bohrungen besitzt unser Hilfsrahmen keine speziellen Aufnahmen für die Bauteile der Lagerung. Dies liegt daran, dass wir die Position der Lager im voraus nicht weiter einberechneten als dass wir dafür genügend große Abschnitte frei ließen. Erst als die Lager am Fahrzeug montiert waren, wurde der Hilfsrahmen aufgelegt und die Position der Lager eingemessen. Durch die Bohrungen ist der Hilfsrahmen mit den Lagerwippen per M14 Schrauben verschraubt. Für die Bohrungen war geplant, Abstandsbuchsen einzuschweißen, um beim Anziehen der Schrauben ein Verformen der Stahlträger zu verhindern. Diese Planung wurde nicht umgesetzt. Die Querlager sind mit 8 Millimeter Materialstärke so stabil, dass sie durch das Anzugsmoment der Schrauben nicht verformt werden können. Bei den Längslagern liegen die Befestigungslöcher nahe der Rohrwandung, die schon als Abstandshalter funktioniert.

Korrosionsschutz

Wir hätten den Hilfsrahmen vom Oberflächenrost befreien und lackieren oder pulverbeschichten können, aus Zeitgründen entschieden wir uns aber für eine Feuerverzinkung. Der Vorteil: Dieser Schutz hält bis zu 50 Jahre an. Der Nachteil: Ein so großes Bauteil lässt sich in der Praxis kaum gleichmäßig in einem 450 Grad heißen Tauchbad erhitzen. Starke Temperaturunterschiede sind die Folge und damit auch temporär unterschiedliche Materialausdehnungen. Was der Stabilität nichts ausmacht, ist für die Maßhaltigkeit ein Problem: Das Bauteil verzieht sich. Und so warf unser Hilfsrahmen nach dem Feuerverzinken einseitig eine Welle und einige Ausleger standen um bis zu zehn Millimeter schräg. Vor dem Verzinken betrug die Toleranz lediglich 2 Millimeter. Unter der Handhabung des Verzinkereipersonals litten auch einige optionale Befestigungslaschen.

Vor dem Verzinken erfolgen Tauchbäder in Entrostungs- und Reinigungsbädern. Dabei entdeckte die Verzinkerei unlösbare Ölrückstände am Hilfsrahmen. Um ihr Zinkbad nicht zu kontaminieren, verweigerte sie die Annahme und der Hilfsrahmen musste auch noch sandgestrahlt werden. Vorsicht also vor Kontakt auch mit so harmlosen Mitteln wie Leinölderivaten (z.B. Owatrol, mit dem unser Fahrgestell den Winter über eingesprüht war).

Seitenmarkierungsleuchten

§51a StVZO schreibt die seitliche Kenntlichmachung unseres Fahrzeuges vor. Dieser Vorschrift entsprechend wurden die originalen Seitenmarkierungsleuchten der Pritsche des Steyrs wiederverwendet. Die Verkabelung der Seitenmarkierungsleuchten ist unsichtbar im Hilfsrahmen integriert; mit langen dünnen Eisenstangen schoben wir ein besonders stark isoliertes Hochspannungskabel durch die Längs- und Querträger. Die dicke Kabelisolierung trägt den eventuell verbliebenden innenliegenden Graten an den Bohrungen der Ablauflöcher für die Feuerverzinkung Rechnung. Verlegt werden muss nur eine Ader mit Plus, Masse kann direkt vom Hilfsrahmen abgegriffen werden. Ein Masseband stellt den elektrischen Kontakt zwischen Hilfsrahmen und Fahrgestell sicher.

Erfahrungswerte

Der videomundum-Hilfsrahmen ist aus anderen öffentlich dokumentierten Konstruktionen abgeleitet. Er erfüllt keinen künstlerischen Anspruch, aber er hält bisher. Wer im Netz sucht, der findet weit aufwändigere, filigran gelaserte Kunstwerke. Während bei uns "form follows function" galt, zeigt mancher Künstler unter den Selbstbauern, dass der Bau eines Hilfsrahmens weit mehr sein kann als das Zusammenschweißen von Rohrstücken. Nicht immer aber muss eine optisch beeindruckende Konstruktion unter schwierigen Einsatzbedingungen das halten, was sich der Konstrukteur davon verspricht.

Unsere Lösung ist mit vielen Nachteilen für die spätere Nutzung des Unterbodens behaftet, denn Längs- und Querträger sind praktisch immer im Weg. Eine elegante Ausziehleiter - nicht möglich. Die freie Montage von Staukästen / Kotflügeln / Unterflurtanks - nicht möglich. Wir betreiben seither einen rekordverdächtigen Zeitaufwand, um den Unterboden für die folgenden Bauphasen nutzbar zu machen.

Der Hilfsrahmenbau erfordert eine gerade Arbeitsebene, gerade Hilfsprofile zum Ausrichten und jede Menge Schaubzwingen. Soll der fertige Rahmen feuerverzinkt werden, sind für jede Lage im Tauchbecken Löcher vorzusehen, durch die Luft und das flüssige Zink entweichen können. Wir nutzten die im Inneren verdeckt gebohrten Löcher im Anschluss für die unsichtbare Verkabelung der Seitenmarkierungsleuchten.

Eine vollständig bemaßte Planung hilft, Fehler zu vermeiden. Es trägt allerdings nicht zur Qualitätssicherung bei, wenn man konsequent den gleichen Messfehler macht. Daher ist es ratsam, eine zweite Person unabhängig nachmessen zu lassen. Wir legten das Roh- und Halbfertigprodukt mehrfach dem Fahrgestell auf, um die Maße weiterzuentwickeln und zu kontrollieren. Das war sowohl Lösung wie auch Problem, denn beim Einmessen der Lagerbrücken stellten wir einmal fest, dass der Hilfsrahmen plötzlich um 10 mm verschoben auf dem Fahrgestell lag. Bodenunebenheiten, unterschiedliche Federspannung oder unterschiedlicher Reifenluftdruck erschweren das Ausrichten.

Eine Selbstverständlichkeit: Vor dem Hilfsrahmenbau muss die Art der Lagerung feststehen. Davon hängen nicht nur Profilauswahl, Dimensionierung und Materialstärken ab. Auch die Form und Position der Anschlagpunkte für Federkonsolen oder Lagerbrücken am Hilfsrahmen sind im voraus zu bestimmen.