Beachte den Haftungsausschluss!

Rautenlagerung (Vierpunktlagerung)

Begriffsfindung | Konzept und Konstruktion | Längslager | Querlager | Korrosionsschutz | Erfahrungswerte

Begriffsfindung

Die folgenden Abschnitte beschreiben eine technische Konstruktion. Zur Erleichterung des Verständnisses finden dabei konsistente Bezeichnungen Verwendung, die zuvor definiert werden müssen. Da der Autor dieser Beschreibung technischer Laie ist, haben die Definitionen nur lokal auf den Seiten von videomundum.de Gültigkeit; außerhalb dieser Seiten ist die korrekte technische Bezeichnung möglicherweise eine andere.

Die vier Lagerpunkte einer Vier-Punkt-bzw. Rautenlagerung unterteilen sich in zwei Längslager (Bewegung um Fahrzeuglängsachse) und zwei Querlager (Bewegung quer zum Fahrzeug). Jedes Lager besteht aus einem Oberteil, Lagerbock bzw. Lagerwippe genannt, und einem Unterteil. Das Unterteil der Längslager wird hier als Lagerbrücke bezeichnet. Beide Lagerhälften verbindet eine (Lager-)Achse, um die sich die Hälften bewegen können.

Konzept und Konstruktion

Aus technischer Neugier und theoretischen Überlegungen stellte sich die Rautenlagerung mit vier Lagerpunkten als das favorisierte Lagerungsmodell heraus. Dafür wurden zwei seitlich am Fahrzeugrahmen montierte Querlager und je ein mittig im Fahrzeugrahmen montiertes Längslager vorn und hinten konstruiert. Da uns weder professionelle Simulationsprogramme noch das Wissen zu deren Anwendung zur Verfügung standen, fertigten wir Sperrholzmodelle an, um Bauform, Bewegungsspielraum und Einbauhöhe der Rautenlagerung experimentell zu ermitteln.

Zur einwandfreien Erfüllung der ihr zugedachten Funktion beachteten wir bei der Konstruktion unserer Rautenlagerung folgende Rahmenbedingungen:

  • Theoretisch werden Kippbewegungen des Aufbaus relativ zum Fahrzeugrahmen und Verwindungsspannungen in axialer und lateraler Richtung minimiert, wenn die Längslager über den Achsen, die Querlager genau auf halbem Wege dazwischen und die Lagerachsen außerdem in einer Ebene genau auf mittiger Höhe im Fahrzeugrahmen liegen. In der Praxis stehen diesen Anforderungen das Fahrerhaus und der Antriebsstrang entgegen. Praktisch behalfen wir uns mit einem Kompromiss aus den möglichen Krafteinleitungspunkten, der Kabinenlänge und dem verfügbaren Platz am und im Fahrzeugrahmen. Die Querlager befinden sich in der Nähe der Hinterachse, das hintere Längslager auf Höhe des hinteren Hinterachsfederbocks, das vordere Längslager kurz nach dem hinteren Vorderachsfederbock. Trotzdem bilden Quer- und Längslager bis auf wenige Zentimeter eine regelmäßige Raute. Die Lagerachsen liegen so tief im Fahrzeugrahmen versenkt, wie es die obere vordere Kardanwelle beim Steyr 12M18 gerade eben zulässt (15 mm Abstand). Die Achsen aller vier Lagerpunkte befinden sich auf der selben relativen Höhe zum Fahrzeugrahmen und damit auf einer Ebene. Alle vier Lager sind sog. Silentlager, bei denen eine Gummibuchse die in axialer und lateraler Richtung eventuell auftretende Torsionsspannungen ausgleichen kann.
  • Für eine größtmögliche Fahrstabilität muss die Grundfläche der namensgebenden Rautenform möglichst groß gehalten werden; insbesondere gehören die Querlager nach außen an den Fahrzeugrahmen (nicht nach innen!). Dadurch werden die einwirkenden Hebelkräfte des Aufbaus möglichst gering gehalten.

Unsere Lagerpunkte sind extrem stark dimensioniert, um das Gewicht der ausgebauten und eingerichteten Wohnkabine samt Hilfsrahmen, Heckträger und Ersatzrad zu tragen (ca. 2,5 bis 3 Tonnen) - auch bei dynamischen Lastspitzen im Offroad-Einsatz. Für die gesamte Befestigung der Rautenlagerung am Fahrzeugrahmen waren nur zwei neue Löcher (nämlich für das hintere Längslager) in das Fahrgestell zu bohren. Zur Montage verwendeten wir hochfeste Feingewinde-(Pass)Schrauben, die mit dem Drehmomentschlüssel angezogen wurden.

Die Lagerung ist direkt am Fahrgestell angeschlagen, wodurch die Gewichtskräfte des Aufbaus - anders als bei Pritsche oder Federlagerung nicht flächig, sondern - punktuell in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Auf einen zusätzlichen Hilfsrahmen verzichteten wir, um die Verwindungsfähigkeit des Fahrgestell nicht zu beschränken. Die Punktbelastung wird durch zwei Aspekte relativiert: Zum einen beträgt das Aufbaugewicht nur einen Teil der maximal zulässigen Nutzlast, zum anderen leiten die üppig dimensionierten Anschlagpunkte die Last in der Nähe der Federböcke ein, also dort wo das Fahrgestell von Haus aus die Last punktuell abträgt.

Längslager

Beim Längslager verläuft die Lagerachse in Fahrtrichtung. Der gelagerte Aufbau kann um diese Achse nach links und rechts rotieren bzw. der Leiterrahmen des Steyrs kann sich seitlich frei unter dem Aufbau verdrehen.

Die obere Lagerwippe besteht aus zwei mit 50 Millimeter Distanzstücken zu einem Hohlkörper verschweißten Blechen. Die Materialstärke beträgt durchgehend 8 Millimeter. Eine große eingeschweißte Lagerbuchse (eigens angefertigt) nimmt das Silentlager und darin den Lagerbolzen auf. Die Bauhöhe des vorderen Längslagers ist im Bereich unter der Buchse maximal eingekürzt, um der Kardanwelle 15 Millimeter Luft zu lassen.

Das Unterteil, die Lagerbrücke, liegt quer auf dem Fahrzeugrahmen auf und überspannt diesen quasi wie eine Brücke. Die Lagerbrücke besteht aus mehreren Einzelteilen. Zwei einzelne Bleche in 8 Millimeter Wandstärke (gelocht zur Führung des Lagerbolzens) sind unten mit zwei 8 Millimeter starken Distanzblechen verschweißt. An der Auflage auf dem Obergurt beträgt die Materialstärke der Distanzen sogar 20 Millimeter, da hier das anteilige Gewicht der Wohnkabine horizontal abgetragen wird. Die Distanz entspricht der Länge des Silentlagers zzgl. 5 Millimeter Luft.

Als Achse dienen aus Vollmaterial gedrehte Lagerbolzen mit einem Durchmesser von 24 Millimeter, die per Edelstahl-Splint gesichert sind. Über die Freigängigkeit der Bolzen lässt sich nach der Endmontage des Aufbaus prüfen, inwieweit die Entkoppelung vom Fahrgestell funktioniert und wie viel Restspannung auf die Lagerung einwirkt.

Die beiden Lagerböcke sind wie zusätzliche Querträger zwischen die Längsprofile des Hilfsrahmens geschraubt. Die Verbindungsstücke sind aus einem breiten U-Stahlträger geschnittene Winkel, deren konisch zulaufende Schenkel bei der Verschraubung mit Keilscheiben ausgeglichen wurden. Die vordere Lagerbrücke ist durch zwei angeschweißte Platten (190 x 120 x 15 Millimeter) an den Außenseiten der Fahrzeuglängsträger verschraubt. Dazu werden die beiden obersten Bohrungen der U-förmigen Quertraverse zwischen Haupt- und Verteilergetriebe genutzt. Die hintere Lagerbrücke ruht auf eigenständigen, nach außen bauenden Konsolen, die mit je zwei 16 Millimeter Passschrauben neben die Hinterachsfederböcke geschraubt sind.

Querlager


Beim Querlager verläuft die Lagerachse quer zur Fahrtrichtung. Der Aufbau kann um diese Achse nach vorn und hinten rotieren. Dieser Spielraum ist zur Verschränkung im Gelände nötig, wenn sich die Längsprofile des Leiterrahmens unter dem Aufbau gegeneinander verwinden.

Die obere Lagerwippe besteht aus zwei Blechen, die mit 60 Millimeter Distanzstücken zu einem Hohlkörper verschweißt sind. Die Materialstärke beträgt durchgehend 8 Millimeter. Die Bleche umfassen den Längsträger des Hilfsrahmens, der eben auf den drei Distanzstücken aufliegt.

Für die Querlager wurden Halbschalen der schweren Unimog-Baureihe als Normteile aus dem MB-Programm verbaut. Die Lager-Halbschalen sind unregelmäßig geformt und sollten nicht direkt an der Adapterplatte anliegen. Ein Zwischenring in 18 Millimeter Breite sorgt für ebene Auflageflächen.

Die Lagerschalen mit Gummieinlagen umfassen einen 100 Millimeter starken Lagerwelle, der auf beiden Seiten des Fahrzeugs das Hauptgewicht des Aufbaus trägt. Die Wellenstummel sind in 12 Millimeter starken Adapterplatten verschweißt, die unter Ausnutzung vorhandener Bohrungen mit je fünf hochfesten Schrauben am Fahrzeugrahmen verschraubt sind (M16 10.9). Um Scherkräfte auf die Schrauben zu vermeiden, sind die Adapterplatten formschlüssig konstruiert: sie stützen sich am vorderen Federbock der Hinterachsfederung und durch einen Steg (sog. "Angstlasche", 420 x 60 x 10 Millimeter) am Obergurt des Fahrzeugrahmens ab.

Bei unserer Positionierung der Querachse wirkt das Aufbaugewicht hauptsächlich auf die Hinterachse, die dafür auch gebaut ist. Je weiter die Querachse nach vorne zu liegen kommt, umso mehr wird die Vorderachse belastet, was für die Fahrstabilität insb. bei Kurvenfahrten nachteilig ist.

Korrosionsschutz

Die Einzelteile der Lagerung ließen wir feuerverzinken. Anschließend wurden die Lagerstellen aufwändig von Hand glatt und auf Passung geschliffen. Vor der Montage wurden alle Kontaktflächen mit Korrosionsschutzfett behandelt. Zur Verschraubung mit dem Hilfs- und Fahrzeugrahmen wurden hochfeste verzinkte Schrauben (M14 bis M16 10.9) verwendet.

Erfahrungswerte

Es gibt viele Möglichkeiten die Lagerpunkte geometrisch anspruchsvoll und technisch filigran zu bauen. Zur Gewichtsreduktion und als optisches Zugeständnis wurden aus jedem unserer acht Wippenbleche je zwei Fenster ausgeschnitten; ansonsten sind unsere Lager massiver Schwerstahlbau. Das wiegt zwar, hält aber bisher auch. Wer Wert auf die Optik legt, sollte die Bleche in jedem Fall lasern lassen; der manuelle Zuschnitt dicker Stahlplatten kostet extrem viel Mühe.

Nach den ersten zehntausend Kilometern mit intensivem Geländeeinsatz zogen wir die Lagerbolzen, um sie auf Verschleiß zu prüfen. Es fanden sich keine Einlauf- oder Schleifspuren oder Druckstellen. Daraus lässt sich schließen, dass keine Verspannungen auftreten, die größer sind als die Silentlager puffern können.

Nicht nur die Frage, wie ein Aufbaulagerung richtig zu bauen ist, sondern auch die Gretchenfrage nach der "besten" Lagerung bewegt in Internetforen die Gemüter, vor allem dann, wenn noch gar keine Lagerung vorhanden ist. Aber grau ist alle Theorie. Von all den Fahrern von Expeditionsfahrzeugen mit Federlagerung, Dreipunktlagerung und Rautenlagerung, mit denen wir unterwegs Kontakt hatten, bestätigte noch keiner, dass die Lagerung das Reiseerlebnis in irgendeiner Form eingeschränkt oder bestärkt hätte. Die Reisepraxis wird von der Art der Lagerung kaum beeinflusst. Oft bewegen die Fahrer zu große Sachwerte und tragen zu viel Verantwortung für die Mitfahrenden, um die Grenzen der Lagerung auszureizen.