Belegarbeit
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Ladetür „Hulk“ für Kleintransporter
Oliver Haertel
Stefan Beier
Studiengang Fahrzeugtechnik
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Studiengang
Fahrzeugtechnik
Ladetür „Hulk“ für Kleintransporter
Belegarbeit
Dozent: Prof. Dr. Werner Stedtnitz
Modul: Fahrzeugkonzepte
Semester: Master FZT WS 12/13
Bearbeiter: Oliver Haertel (s0527441)
Stefan Beier (s0528168)
Abgabedatum: 08.05.2013
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Inhalt
1 Einleitung..............................................................................3
2 Aufgabenstellung/Ziel .............................................................3
3 Marktanalyse/Stand der Technik ..............................................4
4 Anforderungen.......................................................................8
5 Ladetür „Hulk“ .......................................................................8
5.1 Konzept..........................................................................8
5.2 Konstruktive Gestaltung ................................................. 13
5.2.1 Kipp-Scharniere .......................................................... 14
5.2.2 Rampe ....................................................................... 17
5.2.3 Verkleidung ................................................................ 20
5.2.4 Dreh-Scharniere.......................................................... 24
5.2.5 Schließsystem............................................................. 27
5.2.6 Rampenübergänge ...................................................... 38
5.2.7 Kipp-Unterstützung ..................................................... 41
5.2.8 Heckschürze ............................................................... 42
5.3 Ergebnis ....................................................................... 43
5.4 Berechnung................................................................... 44
6 Zusammenfassung/Ausblick...................................................53
7 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis.......................................55
8 Quellennachweise.................................................................56
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1 Einleitung
Der vorliegende Beleg wurde im Rahmen der Vorlesung
Fahrzeugkonzepte angefertigt. Dazu wurde der Bereich der leichten
Nutzfahrzeuge genauer betrachtet. Diese haben vor allem im
urbanen Raum beziehungsweise in Gebieten mit nur unzureichend
ausgebauten Straßen ihre Vorteile. Das spiegelt sich auch in der
steigenden Anzahl der Transporter beziehungsweise Kleinbusse
wieder. Daher wird hier etwas genauer auf die weithin unter dem
Namen „Sprinter“ bekannte Fahrzeugklasse eingegangen. Die riesige
Anzahl von Fahrzeugbaufirmen zeigt, dass es noch viel Potential im
leichten Nutzfahrzeugbereich gibt.
In diesem Beleg soll untersucht werden, ob eine Laderampe in die
Hecktür eines Kleintransporters integriert werden kann und wie solch
eine Lösung aussehen könnte. Dazu wird im Nachfolgenden näher
auf den Aufbau von Türen der Transporter eingegangen sowie auf
den von Laderampen. Außerdem wird mittels eine Marktanalyse
verglichen, in wieweit es dazu bereits Lösungsansätze gibt. Das
erstellte Anforderungsprofil für die zu konstruierende Ladetür wird
erläutert und danach die gefertigten Entwürfe dargestellt. Der
Entwicklungsverlauf des finalen Entwurfs wird anschließend
detailliert gezeigt. Abschließend wird das Ergebnis vorgestellt.
2 Aufgabenstellung/Ziel
In erster Linie soll die Beladung eines Kleintransporters vereinfacht
werden. Da es bereits viele Nachrüstlösungen gibt, ist es das Ziel
eine Laderampe zu entwickeln, die in der hinteren Ladetür (meist als
Flügeltüren ausgelegt) integriert ist. Es soll keine separate Einheit
bilden, da dies bereits von einer Vielzahl an Herstellern angeboten
wird. Diese Konstruktion soll vor allem für den Einsatz bei
Kleintransportern ausgelegt sein, zum Beispiel für den Sprinter (der
meist verwendete Kleintransporter). Die Laderampe ist eine
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Komponente die häufig nachgerüstet wird, gerade bei Fahrzeugen
für den Pflegedienst oder bei Krankentransportern.
Von der Lösung wird sich eine bessere Ausnutzung des Bauraums
versprochen als bei der nachgerüsteten Rampe und das teure
Nachrüsten kann dadurch entfallen.
3 Marktanalyse/Stand der Technik Es gibt bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten schwere sperrige
Gegenstände in Kleintransporter zu bekommen, ohne auf fremde
Hilfe, wie Gabelstapler oder Kräne angewiesen zu sein. Das reicht
von ausgeklügelten Konzepten bis zur Serienlösung die bereits auf
den Straßen unterwegs ist. Nachfolgend werden Lösungen
verschiedener Hersteller vorgestellt, die der nachfolgend
vorgestellten Idee am nahesten kommen.
Opel Movano von Barth
Als erstes wird auf den Umbau des Opels Movano von der Firma
Barth Feuerwehrtechnik eingegangen. Dieser ist Baugleich mit dem
Renault Master, Nissan Primastar und Vauxhall Movano. Die Lösung
wurde primär für den Einsatz bei der Feuerwehr konzipiert. Unter
anderem verfügt der Transporter nach dem Umbau über eine im
Heckbereich montierte Rampe, welche nach dem Öffnen der Türen
herausgeklappt werden kann (Bild 1).
Bild 1: Durch Barth Feuerwehrtechnik nachgerüstete Rampe [2]
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Über die Rampe kann ein Gerätewagen in dem Transporter verstaut
werden. Der Vorteil ist, dass die Rampe vollständig von Hand
bedient wird und weder ein Hydrauliksystem, noch einen
Elektromotor benötigt. Da aber jegliche technische Unterstützung
fehlt, fassen besser zwei Leute an, um die Rampe ein und
ausklappen zu können, da das Gewicht nicht zu unterschätzen ist.
Außerdem kann die Rampe auch seitlich weggedreht werden, um an
die dahinter liegenden Regale zu gelangen. Wenn diese nicht
gebraucht wird, zum Beispiel während der Fahrt, befindet sich die
Rampe im Inneren des Fahrzeugs, gleich hinter der Hecktür in
„zweiter Reihe“.
Dacia Logan MCV von Heuliez
Die nächste Lösung ist ein Konzept aus dem Hause Heuliez auf Basis
eines Dacia Logans MCV (Bild 2). Der französische
Karosseriespezialist taufte diese Studie auf den Namen Dacia Logan
„Edelweiß“ und zeigte sie erstmals 2007 auf der IAA in Frankfurt.
Durch eine spezielle Heckklappe lässt sich bei umgelegten
Rücksitzen ein Quad im Fahrzeuginnenraum verstauen. Die
Heckklappe ist wie bei einem Pick up unten angeschlagen. In der
Klappe selbst ist die mehrstufige Rampe integriert. Das funktioniert
wie bei einer Autoantenne die man ausziehen kann. Der obere Teil
der Heckklappe mit der Heckscheibe ist in einem speziellen
Dachmodul integriert, das sich mit dem hinteren Teil des Daches
zusammenfalten lässt. Damit kann das Quad aus eigener Kraft auf
den Dacia fahren ohne dies mit einer Seilwinde oder ähnlichem
heraufziehen zu müssen.
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Bild 2: Dacia Logan Edelweiß von Heuliez [1]
MB Sprinter von MBB Palfinger
Eine sehr verbreitete Lösung kommt von der Firma MBB Palfinger
(Bild 3). Diese ist für Kastenwagen jeglicher Art verwendbar, unter
anderem Mercedes Sprinter, VW Crafter oder Ford Transit. Diese
Laderampe wird nachträglich am Fahrzeugrahmen montiert und über
Hydraulikzylinder angetrieben. Der Vorteil ist, dass auch relativ hohe
Ladekanten erreichbar sind und die Rampe immer waagerecht bleibt.
Nachteilig ist aber, dass die hinteren Türen nur geöffnet werden
können, nachdem die Laderampe heruntergelassen wurde. Das
Problem hat die Firma Palfinger erkannt und bietet mittlerweile auch
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nur halb so breite Laderampen an, um wenigstens eine der beiden
Hecktüren öffnen zu können (Bild 4).
Bild 3: Nachgerüstete Laderampe von MBB Palfinger [3]
Bild 4: Schmale Ausführung der Laderampe von MBB Palfinger [3]
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4 Anforderungen
Zum Auslegen einer Rampe oder Hecktür von Transportern gibt es in
der StVZO keine Vorgaben, aber es gibt verschiedene
Bereufsgenossenschaftsregeln, welche sich mit dem Thema Rampen
und Ladestege befassen. Die BG-Regel die am meisten auf die
Rampenhecktür passt ist die „ BGR 233 Ladebrücken und fahrbare
Rampen“.
Die Regel 4.3.5.1 besagt, dass Ladestege mindestens 0,55 m breit
sein müssen. Dies ist mit 0,72 m bei der Rampenhecktür erfüllt. Des
Weiteren besagt 4.4, dass die Neigung einer Rampe maximal 17°
betragen darf. Zwischen 7° und 17° muss auf Grund der hohen
Neigung eine Rutschhemmung vorgesehen werden.
Jede der beiden Türen soll über eine Tragkraft von 350 kg verfügen
und durch eine Person bedienbar sein. Die Lösung soll schnell
einsetzbar, funktionsgerecht und günstig sein. Zumindest nicht teuer
als vergleichbare Systeme. Außer den Verzicht der Heckscheiben soll
keine Eigenschaft der aktuellen Serientür verschlechtert werden oder
gar entfallen.
5 Ladetür „Hulk“
In diesem Kapitel wird genauer auf die Entwürfe zur Hecktür
untergebrachten Laderampe für Kleintransporter (kurz Hulk)
eingegangen und deren Vor- und Nachteile analysiert. Anschließend
wird das finale Konzept ausgestaltet und detailliert erklärt.
5.1 Konzept
Die Ladetür kann auf verschiedene Arten angegangen werden. Zum
einen kann die originale Hecktür als Ausgangsbasis dienen, auf die
eine stabile Rampe montiert wird. Zum anderen kann die Tür
komplett gegen eine angepasste Hecktür ausgetauscht werden oder
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im Idealfall bietet der Fahrzeughersteller eine Lösung an, dann
wären alle Karosserieteile, Schließsysteme und Scharniere schon an
die Ladetür angepasst.
Bild 5: Dreh -, Kipp-, Dreh-Kipp-Fenster [4]
Als Vorbild für diese Idee stand ein modernes Dreh-Kipp-Fenster
(Bild 5), wie es heute standardmäßig in allen Wohnungen oder
Häusern verbaut wird. Der Gedanke war auch, dass Schließsystem
(Bild 6) möglichst nahe an der Konstruktion des Fensters zu halten.
Zum einen würde nur ein Türgriff benötigt werden, mit dem alle
Öffnungsrichtungen realisiert werden können und zum anderen ist
das System ausgereift. Um ein besseres Verständnis dafür zu
bekommen, wird nachfolgend auf diesen Mechanismus eingegangen.
Bild 6: Dreh-Kipp-Fenster [5][6]
10
Das Schließsystem eines Dreh-Kipp-Fensters besteht aus
beweglichen Zapfen (im Bild 6 die Nummern 5-14) und festen am
Fensterrahmen montierten Beschlägen (im Bild 6 die Nummern 1-3
und 15-20). Die Zapfen sind an einem Metallband befestigt, die
durch die Betätigung des Griffes verschoben werden können. Über
Rastmechanismen im Schließsystem wird sichergestellt, dass die
Zapfen in die Beschläge greifen können bzw. sich außerhalb der
Beschläge befinden. Das ist notwendig, um die verschiedenen
Positionen, beim Fenster die gekippte oder die vollständig geöffnete
Position, problemlos zu erreicht werden können.
Bild 7: Alle Beschläge Dreh-Kipp-Fensters [7]
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Solch ein Schließsystem ist äußerst komplex (Bild 7). Dort sind alle
Elemente samt ihrem Funktionsbereich einmal dargestellt. Diese
Komponenten befinden sich alle in dem Fensterrahmen.
Anschließend sind am Fenster nur noch die Metallblenden zu sehen
und die Zapfen, sowie die Beschläge am Rahmen des Fensters, die in
die Zapfen greifen.
Es stellte sich jedoch sehr schnell heraus, dass solch ein komplexes
Schließsystem zwar die beste Lösung wäre, aber das die Hecktüren
der Kleintransporter meist gekrümmt sind und nicht so geradlinig
wie ein Fenster (Bild 8). Die rote Linie dient als Referenz und zeigt
gut die starke Krümmung in der Tür. Die grüne Linie zeigt, wie das
Metallzugband eigentlich verlaufen müsste. Dies würde deutlich
außerhalb des Türrahmens verlaufen. Damit kann die Variante mit
dem Schließsystem aus dem Fenster nur mit einer entsprechend
breiten Tür verwendet werden.
Bild 8: Fenster und Hecktür im Vergleich [8][9]
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Zur Umsetzung der Ladetür wurden einige Ideen
zusammengetragen, wovon die beiden am erfolgversprechendsten
Lösungen nachfolgend dargestellt sind (Bild 9).
Entwurf 1
Entwurf 2
Bild 9: Laderampe der ersten und zweiten Variante im Vergleich
Bei dem Entwurf 1 liegt das Augenmerk auf der maximalen
Belastbarkeit und einer ebenen Laderampe. Mehrer Längsträger
verteilen die beim Beladen einwirkenden Kräfte auf fünf Querträger,
die fest mit der Serientür verbunden sind. Zusätzliche
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Faktoren/Komponenten wie das Schließsystem oder die Abdichtung
der Tür wären problemlos umsetzbar. Die ebene Rampe wurde im
Entwurf 2 leicht abgewinkelt, damit die Laderampe besser der
Kontur der Tür folgen kann. Erst so war es möglich eine signifikante
Reduzierung der Türstärke zu erreichen. Die Rampe hätte noch
näher der Serientür folgen können, um so die Stärke noch weiter
reduzieren zu können. Es müssen aber einige Faktoren
berücksichtigt werden, wie z.B. das Schließsystem, welches dem
Knick der Rampe nicht bedingungslos folgen kann und immer
geradlinig verlaufen muss.
Schlussendlich viel die Entscheidung auf den Entwurf 2, da der
zusätzlich benötigte Laderaum des ersten Entwurfs als zu groß
erachtet wurde. Es ist davon ausgegangen worden, dass der Kunde
eher einen Knick in der Rampe akzeptieren würde, als ein
Laderaumverlust. Zumal viele Zusatzlösungen, wie Regale sich an
der Serienausführung orientieren und eine Änderung nur schwer bis
gar nicht zu realisieren wären.
5.2 Konstruktive Gestaltung des finalen Entwurfs
Um die konstruktive Umsetzung, die sehr komplex ist und aus einer
riesigen Menge von Bauteilen besteht, besser nachvollziehen zu
können, wird in diesem Kapitel im Detail auf die einzelnen
Baugruppen geschaut und diese erläutert. Zum Beginn soll noch
erwähnt werden, dass die Reihenfolge im folgenden Abschnitt auch
dem de Entwicklungsverlaufs entspricht. Um den Aufwand etwas zu
reduzieren und aus Mangel einer Bauteilbibliothek, wurde im Modell
fast gänzlich auf Normteile, wie Stifte und Schrauben verzichtet. Die
Befestigungsart wird jedoch in der Beschreibung erwähnt werden.
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5.2.1 Kipp-Scharniere
Die Scharniere, die das Kippen der Tür ermöglichen, erhielten nach
mehrfachen Optimierungen folgendes Aussehen. Es sollte eine
Lösung sein, die resistent gegen Schmutz ist, sowie einfach und
günstig. Als Vorlage dienten die Scharniere von Fenstern, da diese
die gestellten Anforderungen am besten erfüllen. Als Befestigung für
die Scharniere am Transporter dient ein zusätzlicher Querträger
(Bild 10).
QT fB bB
Bild 10: Kipp-Scharniere
Der zusätzlich benötigte Querträger (QT) zum Befestigen der Kipp-
Scharniere wird fest mit dem Fahrzeugrahmen des Transporters
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verschweißt, beziehungsweise kann an diesem verschraubt werden.
Dazu können die bereits vorhandenen Bohrungen verwendet
werden, an denen sonst der Querträger für Pritschenaufbauten
montiert wird (Bild 11). Dieser Träger entfällt bei Kastenaufbauten,
da die Rückleuchten in den hinteren Säulen untergebracht werden.
Somit können diese Befestigungspunkte ohne Einschränkungen für
den benötigten Querträger (QT) genutzt werden.
Bei Fahrgestell: Querträger mit Rückleuchten (Serie)
Bild 11: Transporter mit Fahrgestell – Position des Querträgers am Rahmen [11][12] (TEIL 1)
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Bei Kastenaufbau: Querträger (QT) für Ladetürscharniere
Bild 11: Transporter mit Fahrgestell – Position des Querträgers am
Rahmen [11][12] (TEIL 2)
An dem nachgerüsteten Querträger werden die festen Backen (fB)
des Scharniers montiert. Die passenden Gegenstücke sind die
beweglichen Backen (bB). Diese werden an der Serientür befestigt.
Schweißen wäre eine sehr feste und platz- sparende Lösung, birgt
aber das Risiko, dass sich die dünnen Türbleche verziehen können
und die Scharniere danach klemmen. Da in diesen Bereichen auch
unter widrigen Bedingungen eine funktionierende Lösung absolut
unerlässlich ist, sollten diese angenietet werden. Damit wird eine
genauere Positionierung ermöglicht und die Austauschbarkeit ist
ebenfalls gegeben. Die Nieten könnten dann einfach aufgebohrt
werden nach dem Tausch durch Neue ersetzt werden. Das wäre bei
den Schweißnähten deutlich aufwändiger. Für die angenietete
Variante müssen die Scharnierhälften noch mit „Ohren“ versehen
werden. Diese sind im Bild 10 nicht dargestellt, um den Überblick zu
gewährleisten und für die Funktionserklärung sind diese unerheblich.
Die Drehscharniere, um die Tür wie üblich seitlich wegschwenken zu
können, werden erst später betrachtet. Das liegt vor allem daran,
dass die Aufnahmen am Rahmen beibehalten werden sollen. Das
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Scharnier aber vom Übergang bis zur Tür neu gestaltet werden
muss. Die endgültige Struktur und Umsetzung der Tür müssen sich
bereits abzeichnen lassen, um die vorhandenen Platzverhältnisse
einschätzen zu können. Ansonsten müssten die Scharniere während
des Entwicklungsprozesses kontinuierlich angepasst werden.
5.2.2 Rampe
Der nächste Absatz beschäftigt sich mit der Rampe und deren
Unterkonstruktion. Außer das diese variabel und kostengünstig sein
soll, sind noch zwei weitere Dinge zu beachten. Jede der beiden
Türen soll eine Traglast von mindestens 350 kg aufweisen und im
gekippten Zustand darf ein Winkel von 17 Grad nicht überschritten
werden. Die 17 Grad-Grenze ist der Grund dafür, warum diese
Ladetür nur für einen Kleintransporter verwendbar ist, der über ein
Hochdach verfügt. Zusätzlich muss ein rutschhemmender Belag
aufgebracht werden, deren Oberfläche Schleifpapier oder Teerpappe
ähnelt.
Kipp-Scharniere
Serientür
Bild 12: Ausgangszustand mit bereits angekippter Serientür
18
Den Ausgangszustand des Modells mit den bereits angebrachten
Kipp-Scharnieren ist im Bild 12 dargestellt. Da die Tür zum Dach
hin eine starke Wölbung aufweist, wurde bei der Rampe, wie bereits
in der Entwurfsphase erwähnt, auf eine abgewinkelte Rampe
zurückgegriffen (Bild 13). Diese besteht aus einer Aluminiumplatte
die auf fünf Querträgern ruht (Bild 14). Woraus die Querträger
bestehen sollen beziehungsweise können ist wahrscheinlich etwas
von der Philosophie abhängig, beziehungsweise vom Fügeverfahren
mit der diese an der Rampe befestigt werden sollen.
Kipp-Scharniere
Serientür
Rampe
Bild 13: Leicht abgewinkelte Rampe
19
Bild 14: Querträger auf denen die Aluminium-Rampe befestigt ist
Eine Schwierigkeit ist dabei, dass die fünf Profile nicht den gleichen
Abstand zur Unterseite der Rampe haben, das heißt die Träger sind
unterschiedlich hoch. Daher würde sich anbieten den Träger aus
Stahlblechen/Tiefziehblechen zu fertigen, aber auch Aluminium käme
in Frage, da die Träger dann direkt an die Rampe geschweißt werden
könnten. Das hätte Steifigkeitsvorteile gegenüber der genieteten
Lösung mit den Stahlprofilen. Idealer Weise kommen
Strangpressprofile aus Aluminium zum Einsatz, aber das ist
abhängig davon, wer diese Ladetüren produziert und wie viel Stück
dieser absetzen möchte, da dies eine hohe Investition voraussetzt.
Die Längsträger zur Versteifung der Tür müssen bereits bei der
Herstellung in der Serientür eingebracht werden, um die Last tragen
zu können. Es wird davon ausgegangen, dass die Serientür nicht
über genügend Steifigkeit verfügt, um darauf verzichten zu können.
Die Versteifungen können zusätzliche Profile in den Außenkanten der
Serientür sein oder eine veränderte Struktur der Pressformteile auf
der Innenseite der Tür. Solch eine hintere Ladetür, ist nachfolgend
im Original abgebildet (Bild 15). Dort sind beide Möglichkeiten zur
Versteifung dargestellt. In der linken Variante ist der Verlauf der
Längsträger abgebildet und Rechts die Lösung mit einer neuen
Aufteilung/Struktur der Türinnenseite (graue Bereiche = neue
Vertiefungen).
20
Bild 15: Innenseite einer Serientür mit vorgesehenen Elementen zur Versteifung [13]
5.2.3 Verkleidung
Die Verkleidung hat zwei grundlegende Aufgaben. Zum einen sollen
Bereiche, deren Zugriff zu Verletzungen des Nutzers führen könnte,
abgeschirmt werden und zum anderen soll das Schließsystem
eingebettet werden. Im Bild 16 ist die bereits fertige Verkleidung an
der Tür dargestellt, um das komplexe Zusammenspiel besser
nachvollziehen zu können.
Da die Verkleidung sich in direkter Umgebung der Rampe befindet,
ist es notwendig, dass diese auch höhere Krafteinwirkungen
unbeschadet übersteht.
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Kipp-Scharniere
Serientür
Rampe
Verkleidung
Bild 16: Verkleidung der Rampe auf der Innenseite
Die Verkleidung besteht aus einem Stück vorzugsweise aus ABS
oder PU-Material gefertigt. Das Material bricht erst bei extremen
Überbelastungen nicht so leicht, da es einen großen elastischen
Bereich aufweist.
Die schmale Vertiefung, die sich seitlich Umlaufend in der
Verkleidung befindet, ist für die Einbettung des Schließsystems
vorgesehen. Da das Schließsystem ein eher unflexibles Element ist,
war es notwendig eine Lösung zu finden, die bei der Verformung der
Verkleidung durch Überbelastung nicht gleich das Schließsystem mit
beschädigt wird. Dazu wurde folgende Überlegung angestellt. Um die
Verkleidung fest mit der Laderampe fixieren zu können, werden
Haltebleche an die Querträger bzw. auf die Innenseite der Tür
genietet oder punktgeschweißt (Bild 17). An diese Halter wird die
Verkleidung mit Senkkopfschrauben befestigt.
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Bild 17: Haltebleche für die Verkleidung
Als Muttern für die Schrauben werden Karosseriemuttern bzw.
Blechmuttern verwendet (Bild 18). Diese Blechmuttern werden auf
den Halter geschoben, sodass beide Bohrungen deckungsgleich sind.
Die Blechmutter fällt nicht herunter, da sie wie eine Büroklammer
wirkt. Anschließend wird die Verkleidung der Rampe positioniert
sowie das Schließsystem in die dafür vorgesehene Aussparung
platziert. Erst jetzt wird die Schraube durch alle Bauteile gesteckt
und in die Blechmutter eingeschraubt.
Wenn die Verkleidung überbelastet wird knickt diese entlang des
Schließsystems und verformt es nur geringfügig, da es an der
Karosserie befestigt ist und nicht ausschließlich an der Verkleidung.
Der Verkleidung wird daher nur wenig Bewegungsfreiheit gegeben
und könnte nach einer starken Beanspruchung durchaus Blessuren
oder Risse davon tragen, aber eine Verkleidung ist günstiger zu
23
Ersetzen als ein neues Schließsystem. Damit soll die
Funktionsfähigkeit auch nach einer Überbeanspruchung
gewährleistet sein.
Halter Blechmutter Verkleidung Schließsystem Schraube
1 2 3 4 5 6 7
Bild 18: Vorgehensweise bei der Montage von Verkleidung und
Schließsystem [14][15]
24
5.2.4 Dreh-Scharniere
Die Drehscharniere bestehen im Serienzustand aus drei Segmenten
und zwei Stiften in den Drehpunkten (Bild 19). Mehr als drei
Elemente pro Scharnier sind ohne zusätzliche Vorrichtungen für
einen definierten Verfahrweg nicht möglich. Die Anschlagpunkte an
der D-Säule werden beibehalten und lediglich der Aufbau des
türseitigen Scharniers soll verändert werden.
an der Tür
montiert
an D-Säule
montiert
A -Säule B -Säule C -Säule D -Säule
Bild 19: Serienscharniere [16]
25
Das Drehscharnier, welches komplett neu konstruiert wurde, hat
lediglich einen Öffnungswinkel von 180 statt 270 Grad, wie das
Bisherige. Der Hintergrund ist, dass einer der beiden Drehpunkte
umgewandelt bzw. versetzt werden muss, um das Ein- und
Ausklinkens zu ermöglichen. Die Möglichkeit die Tür abklappen zu
können erfordert das Ein- und Ausklinken der Drehscharniere. Dazu
verbleibt ein Teil des Scharniers an der Tür und das Andere an der
D-Säule. Um dies zu realisieren, wird ein Drehpunkt des Scharniers
zu einem Teil des Schließsystems umfunktioniert und kann nicht
mehr als Drehpunkt der Ladetür verwendet werden.
Das neue Scharnier wurde deutlich massiver ausgelegt, um das
zusätzliche Gewicht der Rampe auffangen zu können (Bild 20). Das
Bild zeigt eines der Dreh-Scharniere (hier exemplarisch oben
rechts). Der türseitige Drehpunkt wurde versetzt und dient nun dem
Schließsystem als Einhakmöglichkeit. Wie das Schließsystem im
Einzelnen aussieht wird aber in einem separaten Kapitel erläutert.
Bild 20: Dreh-Scharnier für die Hecktür (Original oben re./neues Scharnier unten re.)
26
Wenn die Tür geschlossen ist und vom Inneren des Transporters auf
die Dreh-Scharniere geschaut wird, dann wird die Funktionsweise
etwas deutlicher (Bild 21).
Dreh-Scharnier Schließsystem
Positionierer
Bild 21: Dreh-Scharnier vom Laderaum aus gesehen mit angekippter Ladetür
Die Scharniere sind in der neuen Konstellation nicht mehr aus einem
Blechmaterial zu fertigen. Hier muss ein Material beziehungsweise
ein Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen, welches belastbar
und günstig in der Verarbeitung ist. Eine Variante wäre diese als
Strangpressprofile zu fertigen entsprechend abzulängen. Nach dem
Urformen muss eine Aussparung eingearbeitet werden, da sich an
dieser Stelle, in der geschlossenen Position, die Rasteinheit befindet.
Es gibt natürlich Potential, um die Konstruktion zu vereinfachen. So
könnte die Rasteinheit auch etwas tiefer angebracht werden, um die
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Ausarbeitung des Drehscharniers entfallen zu lassen. Dann wären
lediglich noch die Bohrungen zu fertigen und das Scharnier könnte
entweder kleiner ausfallen oder müsste nicht ganz so massiv sein.
Damit ergeben sich vielleicht auch andere Fertigungsmöglichkeiten,
aber vordergründig wurde hier im Bereich der Dreh-Scharniere nach
einer funktionalen Lösung gesucht.
5.2.5 Schließsystem
Das Schließsystem ist mehrteilig aufgebaut und weicht vom Aufbau
eines Fensterverriegelungssystems nur geringfügig ab. Dieses ist in
der Türkinnen-Verkleidung eingebettet und, wie bereits im
vorherigen Kapitel erwähnt, über Halter mit dem Rahmen an der Tür
verschraubt. Der aktuelle Fortschritt ist im Bild 22 dargestellt.
Kipp-Scharniere
Serientür
Verkleidung
Schließsystem
Rampe
Bild 22: Schließsystem
28
Da das System durch seine rein mechanische Umsetzung äußerst
komplex ist, wird anschließend mit einer Übersicht begonnen (Bild
23), um einen Überblick über die Komponenten zu erhalten. Die
Scharniere mit den Verriegelungseinheiten sind neben dem Bild in
vergrößerter Ansicht dargestellt. Die Pfeile zeigen an in welche
Richtung sich das Metallzugband beziehungsweise die Riegel der
Verriegelungseinheiten bewegen, wenn der Griff entsprechend
betätigt wird.
Anschließend werden die drei Positionen, welches das Schließsystem
einnehmen kann, dargestellt. Zuerst ist die Grundposition dargestellt
(Bild 24), wie sie bereits im vorangegangenen Bild ersichtlich war.
Jedoch sind zum besseren Verständnis die Scharniere vereinfacht
dargestellt. Unabhängig von den Darstellungen, ist zu beachten ist,
dass alle Bauteile/Komponenten die zu einer Einheit gehören in der
gleichen Farbe dargestellt sind. Zum Beispiel ist das Metallzugband
des Schließsystems hellrot, ebenso wie die Riegeleinheiten, die an
diesem befestigt sind. Die Riegel an der Türoberseite dienen lediglich
als zusätzliches Sicherungssystem und entfallen bei den
nachfolgenden Erklärungen/Darstellungen.
Im Bild 24 wird von der Grundstellung in die Stellung zum DREHEN
gewechselt. Das Metallzugband und die Riegel verschieben sich in
Pfeilrichtung. In der nachfolgenden Darstellung (Bild 25) ist die
Endstellung zum Drehen der Tür erreicht. Diese kann dann wie eine
übliche Hecktür seitlich weggeschwenkt werden. Wenn die Tür sich
wieder in geschlossener Position befindet, kann in die Kippstellung
gewechselt werden. Dazu wird der Griff über die Grundstellung
hinaus in die obere Endstellung bewegt (Bild 26). Durch dieses
Vorgehen wird verhindert, dass es zu Situationen kommt, in der sich
die Tür in keinem der beiden Verriegelungen befindet, wie es
durchaus beim Fenster bekannt ist. Der Hintergrund ist, dass von
der Drehstellung nicht direkt in die Kippstellung gewechselt werden
kann. Die jeweils andere Stellung kann nur über das Einnehmen der
29
Grundstellung erreicht werden. Das Schema sieht wie folgt aus:
Drehen Grundstellung Drehen
In der letzten Darstellung (Bild 27) ist die Stellung zum KIPPEN
erreicht. Die Drehscharniere werden hierbei durch die Positionierer
an einer definierten Stelle arretiert. Bei diesem Schließsystem ist das
die Grundstellung. Dies ist notwendig, um beim Verschließen der Tür
zu gewährleisten, dass die Riegel des Schließsystems wieder genau
in die Bohrung der Drehscharniere greifen können. Andernfalls ließe
sich die Tür nicht verriegeln.
30
Metallzugband des
Schließsystem
KIPPEN Türrahmen /D-Säule
DREHEN
Querträger
Bild 23: Schließsystem der Ladetür (hellrote Bauteile) – Verriegelte Stellung (neutral)
31
Riegel
Ladetür
Dreh-
scharnier
Positionierer
Türrahmen Feder
DREHEN
Riegel Ladetür
Querträger
Bild 24: Schließsystem der Ladetür mit symbolisch dargestellten Scharnieren
34
Positionierer arretiert Drehscharnier
KIPPEN
open
open
lock lock
Bild 27: Schließsystem in Endstellung zum KIPPEN
35
Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Grundposition des
Schließsystems ist der verriegelte Zustand und in diesem sind die
Riegel, bei einem maximalen Verfahrweg der Riegel von 30 mm,
genau 15 mm von jeder Endstellung entfernt. Damit dies
ersichtlicher wird, werden alle drei Positionen, die die Riegel
anfahren können, in den nachfolgenden Schnittdarstellungen
vergleichend dargestellt (Bild 28). Die beiden Zapfen die sich an
der Oberkante der Tür befinden werden hier nicht dargestellt, da sie
lediglich der Sicherheit dienen, um ein gewaltsames Aufbrechen der
Tür zu erschweren.
untere Kipp-Scharniere
kippen verriegelt drehen
seitliche Dreh-Scharniere
Positionierer
kippen verriegelt drehen
Bild 28: Positionen der Riegel – vereinfachte Schnittdarstellung
36
Der Positionierer welcher in den seitlichen Scharnieren verbaut ist,
wird erst im Schnitt sichtbar (Bild 29). Dieser hat die Aufgabe das
Dreh-Scharnier, welches beim Ankippen an der D-Säule verbleibt, in
der Position zu fixieren. Das ist notwendig, um das Dreh-Scharnier
an in einer definierten Position zu halten, damit der Riegel, beim
Verschließen der Tür, wieder in das Dreh-Scharnier greifen kann.
Dieser Positionierer ist federbelastet und folgt automatisch dem
Riegel. Am Ende verfügt er über einen Bund, der den Positionierer in
der Bohrung hält und wie ein Anschlag funktioniert.
Riegel
Drehscharnier
Positionierer
Gehäuse
Druckfeder
Blindstopfen
Bild 29: Positionierer (nicht maßstäblich)
Eines der großen Probleme war es die Riegel der Dreh-Scharniere
mit dem Schließsystem zu verbinden, da die Türverkleidung (grün)
nicht parallel zur Drehachse der Tür (blau) verläuft (Bild 30). Beim
unteren Scharnier ist der Winkelversatz nur äußerst gering, aber
beim Oberen ist dieser deutlich zu erkennen. Das Metallzugband des
Schleißsystems hätte in einer Flucht mit den Riegeln liegen müssen,
37
welches nur durch starke Winkelveränderungen des Bandes hätte
realisiert werden können. Resultat wäre gewesen, dass sich das
Zugband in der Schiene nur sehr schwer bis gar nicht hätte bewegen
lassen und zusätzlich wäre durch die hohe Biegebeanspruchung das
Band extrem schnell verschlissen.
Dreh-Scharnier unten Dreh-Scharnier oben
Bild 30: Winkelversatz zwischen Riegel und Metallzugband (nur Dreh-Scharniere)
Beim unteren Scharnier genügten zwei kleine Gelenkscharniere, wie
sie bei Antennen von Kofferradios oft verwendet werden, um den
minimalen Versatz auszugleichen. Beim oberen Scharnier wurde auf
ein kleines dreiteiliges Scharnier zurückgegriffen, welches über eine
Spannpratze am letzten Glied verfügt. Mit dieser Pratze wird die eine
Scharnierseite an dem Riegel befestigt. Da der Riegel durch den
starken Winkelunterschied eine relativ hohe seitliche Kraft aufnimmt,
38
könnte dieser eventuell verklemmen. Um das zu verhindern, wurde
noch ein Gegenhalter beziehungsweise eine weitere Führung weiter
oben am Riegel vorgesehen.
Das Schließsystem für die Dreh-Scharniere ist deutlich aufwändiger
geworden als Anfangs erwartet. Schlussendlich konnte jedoch eine
funktionsfähige Lösung gefunden werden, die allerdings noch
Potential für Verbesserungen im Bereich der Baugröße zulässt. Im
Bereich der konstruktiven Vereinfachung wären Optimierungen
durchaus denkbar, um die Vielzahl der Einzelteile zu reduzieren. So
könnten die Riegel über Servomotoren angesteuert werden, welches
alle Riegel unabhängig von einander machen würde. Damit würde
fast die gesamte mechanische Umsetzung des Schließsystems
eingespart werden können.
5.2.6 Rampenübergänge
Die Ladtür weist zwischen der Straße und der Rampe
beziehungsweise zwischen der Rampe und dem Ladeboden des
Transporters eine Lücke auf. Dafür wurden die Rampenübergänge
geschaffen, um ein unproblematisches be- und entladen zu
ermöglichen (Bild 31).
Lücken
Rampenübergänge
Bild 31: Ladetür mit und ohne Rampenübergänge
39
Die Rampen sollten in erster Linie leicht und günstig sein. Daher
wurde sich für den Kunststoff PE/PP entschieden. Aus diesem
Material sind zum Beispiel die Brotkisten für den Bäckerei-
Großhandel gefertigt. Diese sind äußerst Stabil trotz ihrer geringen
Materialstärke und sind gegenüber einer Hartplastik-Kiste noch
etwas flexibler. Diese erhalten, ähnlich wie die Kisten aus der
Bäckerei, ihre Stabilität durch eine Wabenstruktur auf der Rückseite
(Bild 32). Lediglich die spitz zulaufenden Kanten, die den Übergang
zur Straße oder in den Transporter bilden, sollen einen
Metallbeschlag erhalten, um besser gegen Abnutzung geschützt zu
sein.
Die Beweglichkeit des unteren Rampeübergangs (Übergang zur
Straße) gewährleistet ein Stabscharnier, wobei bei dem oberen
Rampenübergang (Übergang in den Transporter) zwei Gelenkhebel,
die rechts und links montiert werden das Gelenk bilden.
Gelenkhebel obere Rampe Metallbeschlag an der Kante
Wabenstruktur
Stabscharnier
Bild 32: Rampenübergänge im Detail
40
Nach dem diese Variante vollendet war, schien diese allerdings zu
aufwändig zu sein. Vor allem zwei verschiedene Scharnierkonzepte,
sowie die zwei völlig unterschiedliche Kunststofframpen, welche in
der Herstellung eine mehrteilige Spritzgussform benötigt hätten,
waren schlussendlich nicht mehr günstig genug in der Herstellung.
Daher wurde eine Alternative verwendet, die aus Aluminium
gefertigt wird (Bild 33). Sowohl für den Übergang in den
Transporter, als auch für den Übergang zur Straße kann nun das
selbe Bauteil unverändert verwendet werden. Das heißt, dass der
obere und der untere Rampenübergang identische Bauteile sind.
Dadurch kann eine teure zweite Prägeform entfallen.
In der Produktion sind diese deutlich günstiger, als die Spritzguss-
Variante, allerdings ist das Ausgangsmaterial teurer, was aber durch
den sparsamen Einsatz dennoch vertretbar bleibt.
Bild 33: Verbesserte Rampenübergänge
41
Die Rampenübergänge werden nun beide mit Stabscharnieren an der
Rampe befestigt. Der Vorteil ist weiterhin, dass auch bei einer
Überbelastung die Gefahr des Ausbrechens des Scharnier aus dem
Kunststoffmaterial nicht mehr gegeben ist.
5.2.7 Kipp-Unterstützung
Die Ladetür ist nun fertig konstruiert und wiegt etwa 55 kg pro Tür
mehr als eine seriennahe Hecktür. Diese soll dennoch problemlos
bedienbar sein, das heißt, eine einzelne Person muss in der Lage
sein alle Stellungen der Ladetür (gedreht, gekippt und geschlossen)
ohne überdurchschnittlichen Kraftaufwand zu erreichen. Vor allem
geht es hier um eine Lösung die beim Kippen der Ladetür
unterstützend hilft, da diese ohne Unterstützung nicht mehr durch
eine Person zu schließen wäre.
Das Prinzip funktioniert ganz ähnlich wie bei einer Luke zum
Dachboden, nur das die helfende Kraft nicht durch die Zugfeder
erbracht wird. Viel mehr soll das Prinzip eines Kabeleinzugs vom
Staubsauger als Vorbild dienen.
Diese Seilrolle befindet sich hinter der D-Säule und ist fest mit dieser
verbunden (Bild 34). Jede der beiden Türen verfügt über eine
dieser Rollen. Das andere Ende des Zugseils ist an der Ladetür
befestigt.
Bild 34: Seilrolle der Kipp-Unterstützung
42
5.2.8 Heckschürze
Die Heckschürze muss durch eine angepasste Version ausgetauscht
werden, da die Serienschürze keine Aussparungen für die Kipp-
Scharniere aufweist (Bild 35). Außerdem muss die Schürze im
Bereich der Ladetüren etwas eingezogen werden, damit diese nicht
beim Kippen behindert werden (Bild 36). In wieweit das in den
einzelnen Ländern noch den gesetzlichen Rahmenbedingungen
bezüglich des Crashtestsverhalten entspricht, wurde hierbei nicht
berücksichtigt. In Amerika zum Beispiel muss ein Aufprall mit 7
km/h unbeschadet überstanden werden. Das wird durch
weiterführende Simulationen aber ermittelbar sein.
Bild 35: Aussparungen/Blenden in der Heckschürze für die Kipp-Scharniere
Originale Kontur
Geänderte Kontur
Bild 36: Nötiger Einzug der Heckschürze, um das Kippen zu ermöglichen
43
5.3 Ergebnis
Es bedürfen schon einiger kleinere und sogar ein paar großer
Änderungen, um aus einer seriennahen Hecktür anschließend eine
Ladetür mit integrierter Laderampe zu erhalten (Bild 37).
Mit der Umsetzung wurde absolutes Neuland betreten. Auch bei der
ausführlichen Recherche im Vorfeld konnte keine vergleichbare Idee
ausgemacht werden. Diese ist so einfach zu bedienen wie ein
Fenster oder eine Dachbodenluke und kann durch eine einzelne
Person bedient werden. Außerdem konnte die Größe der Öffnung
zum Laderaum beibehalten werden. Lediglich zwei Zentimeter in der
Höhe musste diese einbüßen, da noch die Beschläge für das
Schließsystem befestigt wurden.
Die durch die Rampe resultierende Türstärke behindert das Be-
/Entladen in keiner Weise und im geschlossenen Zustand ragt diese
auch nur wenige Zentimeter mehr in den Innenraum als die
Serientür.
Das Konzept ist nicht bis in das letzte Detail ausgereift, aber es
konnte doch dargelegt werden, welche Probleme beziehungsweise
Aufgaben bewältigt werden mussten. Alles im allen aber ein
interessantes Konzept.
Bild 37: Fertiges Konzept der Ladetür
44
5.4 Berechnung
Jede der beiden Rampen wird auf eine zulässige Masse von 350 Kg
ausgelegt (Bild 38, vereinfacht Bild 39). Dies ist die maximale
Masse für welche auch Rampen und Hebebühnen z.B. bei der BVG
ausgelegt sind. Dies ist für Personentransporte (im Rollstuhl) und die
gängigsten Einsatzgebiete ausreichend. Damit die Ladetüren diese
Last auch aushalten sind diese zusätzlich jeweils mit zwei
Längsträgern (in der modifizierten Serientür) und fünf Querträgern
ausgestattet. Die maximal zulässige Masse von 350 Kg ergibt ein
Gewichtskraft von:
F=m∗a=350 Kg∗9,81 m /s²≈3500 N (1)
Bild 38: max. zulässige Krafteinwirkung auf die Tür
Bild 39: Krafteinwirkung auf die Längsträger (Verstärkung im Rahmen der
Tür)
45
Da das maximal Biegemoment bei einem Balken und zwei Auflagern
in der Mitte auftritt, errechnet sich dieses wie folgt:
Mb , max=F∗l
2=3500N∗
1,865m
2=3263,75Nm
(2)
Des Weiteren wird die maximal zulässige Spannung vom
verwendeten Stahlwerkstoff, hier S 235, benötigt. Diese errechnet
sich durch die Formel:
σb ,zul=K
S∗Cb∗αk
=
235N
mm²
2∗1∗1=117,5
N
mm² (3)
wobei K der Werkstoffkennwert ist, S der Sicherheitsfaktor, Cb der
Betriebsfaktor und αk der Kerbfaktor.
Wb ,erf=Mb ,max
σb , zul
=3263750 Nmm
117,5N
mm²
=27776 mm³
(4)
Mit diesem Wert wird aus der DIN 1025-2 ein passender I-Träger
ausgewählt, welcher diese Anforderungen erfüllt. Folgender I-Träger
wurde gewählt:
I-Profil DIN 1025 -IPE 100 – S235 JR.
Aus der Tabelle kann ein vorhandenes Widerstandmoment für diesen
Träger von 34,2 cm³ abgelesen werden. Damit wird die vorhandene
maximale Biegespannung errechnet:
46
σb ,max=Mb , max
Wb
=3263750 Nmm
34200 mm³=96
N
mm²
Die maximal auftretende Biegespannung σb,max ist somit kleiner als
die maximal zulässige Biegespannung σb,zul
96N
mm²=σb , max < σb , zul=117,5
N
mm²
Nun kann die vorhandene Durchbiegung f errechnet werden. Dafür
wird das Flächenträgheitsmoment Ix aus der Tabelle abgelesen.
Dieses beträgt 171 cm4.
f=F∗l³
3∗E∗Iy=
3500 N∗932,5³ mm³
3∗210000N
mm²∗1710000mm⁴
=2,6 mm
Die Durchbiegung des Längsträgers beträgt 2,6 mm. Da aber
tatsächlich zwei Längsträger pro Tür vorhanden sind, dürfte diese
deutlich geringer ausfallen.
Auch für den Querträger (Bild 40) wird so gerechnet, dass die Last
von 350 Kg mittig aufliegt. Diese Last muss jeder der fünf
Querträger (pro Tür) aushalten können.
Bild 40: Krafteinwirkung auf die Querträger der Tür
47
Dadurch tritt auch hier das maximale Biegemoment in der Mitte auf.
Mb , max=F∗l
2=3500N∗
0,525
2=918,75Nm
Die zulässige Spannung für das Material wurde in Gleichung 3
berechnet. Damit ergibt sich das benötigte Widerstandsmoment
Wberf zu:
Wb ,erf=Mb ,max
σb , zul
=918750 Nmm
117,5N
mm²
=7819,14 mm³
Mit diesem Wert wird ein passender I-Träger aus der DIN 1025-2
herausgesucht, welcher diese Anforderungen erfüllt. Der
nächstgrößere I-Träger ist folgender:
I-Profil DIN 1025 -IPE 80 – S235 JR.
Aus der Tabelle kann ein vorhandenes Widerstandmoment für diesen
Träger von 20,0 cm³ abgelesen werden. Damit wird die vorhandene
maximale Biegespannung ausgerechnet:
σb ,max=Mb , max
Wb
=918750 Nmm
20000 mm³=45,93
N
mm²
Die maximal auftretende Biegespannung σb,max ist somit kleiner als
die maximal zulässige Biegespannung σb,zul
48
45,93N
mm²=σ b , max < σb , zul=117,5
N
mm²
Dann wird noch die vorhandene Durchbiegung f errechnet. Dafür
wird das Flächenträgheitsmoment Ix aus der Tabelle abgelesen.
Dieses beträgt 80,1 cm4.
f=F∗l³
3∗E∗Iy
=3500 N∗262,5³ mm³
3∗210000N
mm²∗801000mm⁴
=0,125mm
Für den Querträger der am Rahmen des Sprinters befestigt ist (Bild
41, vereinfacht Bild 42) und an dem die vier Kipp-Scharniere
befestigt werden, sieht die Kräfteverteilung folgendermaßen aus:
Querträger für Ladetürscharniere
Bild 41: Krafteinwirkung auf den Querträger am Rahmen
49
Bild 42: Krafteinwirkung auf den Querträger (vereinfachte Darstellung)
Es wird davon ausgegangen, dass die Gesamtkraft von 10000 N in
der Mitte angreift. Das maximale Biegemoment tritt somit auch dort
auf.
Mb , max=F∗l
2=10000 N∗
1,250
2=6250 Nm
Die zulässige Biegespannung für S 355JO beträgt 510 N/mm². Diese
wird noch durch die Sicherheitszahl gerechnet.
σb ,zul=K
S∗Cb∗αk
=
510N
mm²
2∗1∗1=255
N
mm²
Wobei K der Werkstoffkennwert ist, S der Sicherheitsfaktor, Cb der
Betriebsfaktor und αk der Kerbfaktor.
50
Wb ,erf=Mb ,max
σb, zul
=6250000 Nmm
255N
mm²
=24509,8 mm³
Mit diesem Wert wird ein passendes Vierkant-Rohr aus der DIN
10210 herausgesucht, welcher diese Anforderungen erfüllt. Gewählt
wurde Folgender:
Hohlprofil DIN 10210 – S355JO -100x50x4
Aus der Tabelle kann ein vorhandenes Widerstandmoment für diesen
Träger von 27,9 cm³ abgelesen werden.
Damit wird die vorhandene maximale Biegespannung ausgerechnet:
σb ,max=Mb , max
Wb
=6250000 Nmm
27900 mm³=224,01
N
mm²
Die maximal auftretende Biegespannung σb,max ist somit kleiner als
die maximal zulässige Biegespannung σb,zul.
224,01N
mm²=σb , max < σ b ,zul=255
N
mm²
Nun kann noch die vorhandene Durchbiegung f errechnet werden.
Dafür wird das Flächenträgheitsmoment Ix aus der Tabelle
abgelesen. Dieses beträgt 140 cm4.
51
f=5∗F∗l³
3∗E∗Iy
=10000N∗625³ mm³
3∗210000N
mm²∗1400000mm⁴
=2,76 mm
Die Riegel, die in den Kipp-Scharnieren verwendet werden, sind bei
der maximalen zulässigen Belastung der Ladetür von 350 kg
extremen Belastungen ausgesetzt. Für diese muss daher die
Beanspruchung auf Abscherung geprüft werden. Dafür wird die
maximal zulässige Scherspannung errechnet. Die verwendeten
Riegel bestehen aus S 235. Die maximale auftretende Kraft auf
einen der Riegel beträgt 3000 N. Dies beinhaltet ein Gewicht von
1750 N als maximal Last der Tür und das Eigengewicht der Tür von
1250 N. Für einen Riegel aus dem Werkstoff S 235 beträgt die
Grenzspannung gegen Abscherung 290 N/mm². Diese muss noch
durch die Sicherheitszahl S geteilt werden. S beträgt 2,5, da eine
schwellende Belastung vorliegt.
τzul=τaB
S=
290N
mm²
2,5=116
N
mm²
Es wird ein Zylinderstift der ISO 2338 mit einem Durchmesser von 8
mm vergleichsweise gewählt.
Um die benötigte Querschnittsfläche des Riegels zu ermitteln sind
auch die Anzahl der Scherflächen n notwendig. Es gibt nur eine
Scherfläche, also n=1.
A=F
τ∗n=
3000 N
116N
mm²∗1
=25,86 mm²
Dies ist die Mindestquerschnittsfläche für den Riegel. Daraus ergibt
sich ein minimaler Durchmesser von:
52
d=√A∗4
∏=√
6,03∗4
∏=5,73 mm
Es wird ein Riegel mit den Eigenschaften eines Zylinderstiftes der
ISO 2338 und einem Durchmesser von 8 mm gewählt, um bei einer
Überbelastung der Tür oder Missbrauch der Riegel als Zughaken,
genügend Reserven zu haben.
Zylinderstift ISO 2338 – 8m8x50- St
Dies ergibt eine Fläche für den gewählten Bolzen von:
A=∏
4∗d²=
∏
4∗8² mm²=50,27 mm²
τ vorh=F
A∗n=
3000
50,27 mm²∗1=59,68
N
mm²
Die maximal auftretende Scherspannung τmax ist somit kleiner als die
maximal zulässige Biegespannung τzul.
59,68N
mm²=τvorh < τzul=116
N
mm²
Die Berechnungen belegen, dass die konstruktive Auslegung mehr
als ausreichend dimensioniert ist. In der Herstellung wird die
Auslegung wohl eher an das errechnete Minimum gefahren werden,
um die Ladetür möglichst günstig zu halten.
53
6 Zusammenfassung/Ausblick
Die abschließende Frage, ob die konstruierte Ladetür auch
produzierbar ist kann nicht abschließend beantwortet werden. Das
hat mehrere Gründe. Zum einen konnte keine Bauraumprüfung
durchgeführt werden, da der konstruierte Transporter zwar
maßstäblich ist, aber lediglich die Maße vom Hersteller
beziehungsweise die eigenhändig ermittelten Maße nur eine grobe
Auflösung zulassen. Details, die zur Analyse der Bewegungsverläufe
der Ladetüren wichtig sind, könnten nicht berücksichtigt werden.
Viele für die Konstruktion wichtigen Informationen, wie der innere
Aufbau der Serientür, die Masse und das verwendete Material sind
Daten die der Hersteller nicht freiwillig heraus gibt und konnten auch
trotz intensiver Recherche nicht in Erfahrung gebracht werden.
Daher wurde mit der vereinfachten Variante weiter verfahren. Diese
war jedoch ausreichend genau, um zu sehen, wo die Probleme bei
der Umsetzung liegen. Die Abdichtung der Ladetüren ist ebenfalls
ein Punkt der bisher nicht erarbeitet worden ist. Dies sollte keine
massiven Probleme hervorrufen, jedoch fehlte in dem Projekt die
Zeit für eine detaillierte Verfolgung dieser Problematik.
Das System, wie es hier vorliegt, ist nicht Serienreif und bedarf
einiger Optimierungen. Aus Zeitmangel wurde hier eine
funktionsfähige Lösung angestrebt. Die Scharniere sind äußerst
komplex geworden, da alle Komponenten in einem mechanischen
Schließsystem, wie es von Fenstern her bekannt ist, eingebettet
wurden. Ziel war es nicht in erster Linie eine perfekt ausgearbeitete
Umsetzung der Aufgabe zu erreichen. Vielmehr sollten die möglichen
Probleme bei der Umsetzung solch eines Systems aufgezeigt
werden. Letztendlich lag das Ziel darin herauszufinden, ob eine
Umsetzbarkeit für einen aktuellen Kleintransporter möglich wäre
beziehungsweise sinnvoll ist.
Die Rentabilität solch eines Umbaus in optionaler Form wäre
abhängig von der produzierten Stückzahl. Die gezeigte Variante
würde bei vergleichbaren Stückzahlen, wie bei den
54
Konkurrenzprodukten, etwa 50 Prozent mehr kosten. Eine genaue
Untersuchung auf Umsetzbarkeit dieser Ladetür müsste dennoch
erfolgen.
Die Vorteile dieser Ladetür sind trotz allem nicht von der Hand zu
weisen. Es gibt keine störende Rampe in der Ladezone hinter dem
Transporter, sowie eine jederzeit zugängliche Ladefläche. Die in der
zweiten Reihe montierten Systeme verringern die Ladeöffnung selbst
im eingeklappten Zustand. Die Ladetür „Hulk“ weist keines dieser
Probleme auf und außerdem profitiert das Design des Transporters
davon, welches äußerlich nicht von der serienmäßigen Formgebung
abweicht. Wie bei den meisten Transportern mit nachgerüsteten
Rampen kann auch diese Ladetür durch eine Person bequem bedient
werden. Das Kippen wird durch eine Art federbelastete Seilrolle
unterstützt, welches einer einfachen Handhabung zugute kommt. Es
wäre auch möglich die Seilrolle mit einer elektromotorischen
Unterstützung zu versehen, so ähnlich, wie es derzeit bei vielen
Heckklappen im Bereich der Oberklasse-Limousinen eingesetzt wird.
55
7 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Bild Deckblatt: Fertiges Konzept der Ladetür I
Bild 1: Durch Barth Feuerwehrtechnik nachgerüstete Rampe [2] 4
Bild 2: Dacia Logan Edelweiß von Heuliez [1] 5
Bild 3: Nachgerüstete Laderampe von MBB Palfinger [3] 6
Bild 4: Schmale Ausführung der Laderampe von MBB Palfinger [3] 6
Bild 5: Dreh -, Kipp-, Dreh-Kipp-Fenster [4] 8
Bild 6: Dreh-Kipp-Fensters [5][6] 8
Bild 7: Alle Beschläge Dreh-Kipp-Fensters[7] 9
Bild 8: Fenster und Hecktür im Vergleich [8][9] 10
Bild 9: Laderampe der ersten und zweiten Variante im Vergleich 11
Bild 10: Kipp-Scharniere 13
Bild 11: Transporter mit Fahrgestell –
Position des Querträger am Rahmen [11][12] 14
Bild 12: Ausgangszustand mit bereits angekippter Serientür 16
Bild 13: Leicht abgewinkelte Rampe 17
Bild 14: Querträger auf denen die Aluminium-Rampe befestigt ist 17
Bild 15: Innenseite einer Serientür mit vorgesehenen Elementen
zur Versteifung [13] 18
Bild 16: Verkleidung der Rampe auf der Innenseite 19
Bild 17: Haltebleche für die Verkleidung 20
Bild 18: Vorgehensweise bei der Montage von Verkleidung und
Schließsystem [14][15] 21
Bild 19: Serienscharniere [16] 22
Bild 20: Dreh-Scharnier für die Hecktür 23
Bild 21: Dreh-Scharnier vom Laderaum aus gesehen mit
angekippter Ladetür 24
Bild 22: Schließsystem 25
Bild 23: Schließsystem der Ladetür – Verriegelte Stellung 27
Bild 24: Schließsystem der Ladetür mit symbolisch dargestellten Scharnieren 28
Bild 25: Schließsystem in Endstellung zum DREHEN 29
Bild 26: Schließsystem muss über Grundstellung zur Kipp-Pos. 30
Bild 27: Schließsystem in Endstellung zum KIPPEN 31
56
Bild 28: Positionen der Riegel – vereinfachte Schnittdarstellung 32
Bild 29: Positionierer (nicht maßstäblich) 33
Bild 30: Winkelversatz zwischen Riegel und Metallzugband
(nur Dreh-Schar.) 34
Bild 31: Ladetür mit und ohne Rampenübergänge 35
Bild 32: Rampenübergänge im Detail 36
Bild 33: Verbesserte Rampenübergänge 37
Bild 34: Seilrolle der Kipp-Unterstützung 38
Bild 35: Aussparungen in der Heckschürze für die Kipp-Scharniere 39
Bild 36: Nötiger Einzug der Heckschürze, um das Kippen zu ermög. 39
Bild 37: Fertiges Konzept der Ladetür 40
Bild 38: max. zulässige Krafteinwirkung auf die Tür 41
Bild 39: Krafteinwirkung auf die Längsträger (Verstärkung im
Rahmen der Tür) 41
Bild 40: Krafteinwirkung auf die Querträger der Tür 43
Bild 41: Krafteinwirkung auf den Querträger am Rahmen 45
Bild 42: Krafteinwirkung auf den Querträger (vereinf. Darstellung) 45
8 Quellennachweise
[1] http://www.auto-news.de/auto/news/bildergalerie_Schick-und-brauchbar-Dacia-Logan-Edelweiss-von-Heuliez_id_19846
gesichtet: 08.12.12
[2] http://barth-112.com/we_de/barth_fahrzeuge/sonstige/gw/niefern.php
gesichtet: 09.12.12
[3] http://extranet.palfinger.com
gesichtet: 09.12.12
[4] www.stoehr-fenster.de/images/GrafikDreh-Kipp-Fenster-Tuer.jpg
gesichtet: 28.12.12
57
[5] www.fensterbeschlagersatzteile.de
gesichtet: 28.12.12
[6] www.mzfenster-tueren.de /content/images/Fenster/Beschlag/NT_Composing_2.jpg
gesichtet: 28.12.12
[7] www.hotter-beschlaege.de
gesichtet: 28.12.12
[8] www.web-gear.com fenster321/ebay/neue_Fenster/50x120-R_offen.JPG
gesichtet: 28.12.12
[9] www.img.erento.com /transporter/mercedes-benz-spri-transporter
gesichtet: 28.12.12
[10] www.humer.vfwebserver.com /de/produkte/anhaenger/baumaschinenanhaenger
gesichtet: 12.01.13
[11] www.beresa.de /fzg_bilder_klein/klein_640_270434_5.jpg
gesichtet: 13.01.13
[12] www.rupp-metzerlen.ch /sprinter-forum/T1N_single1024x636.jpg
gesichtet: 13.01.13
[13] vjatscheslaw und Dzmitriy Ratner GbR
gesichtet: 19.01.13
[14] www.vespa-lambretta-teile.com/bilder/produkte/gross/Blechmutter-Zylinderhaube-PIAGGIO-LEADER-Vespa-LX-125-150-LXV-S-125_1.jpg
gesichtet: 19.01.13
[15] www.shop.berner.eu /berner/15/medias/sys_master
gesichtet: 19.01.13
[16] www.autoteile-reparatur.de
gesichtet: 19.01.13