Ereignisse am 21.11.

1.1.2. Fahrschwingungen

Durch Windböen, Überholmanöver, vorbeifahrende Fahrzeuge, Bremsen und unebene Straßen wird der Anhängerzug zu Schwingungen angeregt. Die daraus folgenden kritischen Fahrzustände sind das Schlingern und Schleudern. Die Ursache für die nach dem Wirken äußerer Störgrößen einsetzende Pendelbewegung sind die am Kupplungspunkt wirkenden Querkräfte. Die Gesamtquerkraft ergibt sich nach Bild 1.5 aus dem Gierträgheitsmomentenanteil F_QIA und dem Massenanteil F_QmA des Anhängers

Bild 1.4. Eingeleitete Pendelbewegung bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten und das sich dabei ergebende Dämpfungsmaß
Oberhalb der kritischen Fahrgeschwindigkeit werden die Pendelbewegungen immer größer.

Bild 1.5. Wirkende Massenquerkraft und Gierträgheitsmomentenkraft am Kupplungspunkt zwischen Zugfahrzeug und Anhänger

Bild 1.6. Wirkende Querkraft am Kupplungspunkt zwischen PKW und Anhänger
bei Fahrgeschwindigkeiten von 80 km/h und 100 km/h, gemessen an einem Campinganhänger von 3,50 m Aufbaulänge und 800 kg Gesamtmasse

Bild 1.7. Zusammenhang zwischen Masse des Anhängers und dem sich einstellenden Gierträgheitsmoment (Durchschnittswert)

F_Qges = F_QIA - F_QmA.

Die Gierträgheitsmomentenkraft berechnet sich aus

und die Massenquerkraft aus

Der an einem Campinganhänger gemessene Verlauf der Querkraftanteile (Bild 1.6) zeigt deutlich, dass sich mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit die Massenanteile nur unwesentlich, aber die Gierträgheitsmomentenanteile entscheidend erhöhen. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit wird also eine Differenzquerkraft erreicht bei der der Fahrer nicht mehr in der Lage ist, den Anhängerzug aus einem unverhofft eingetretenen Schleudervorgang herauszuführen. Dies bedeutet dass der Fahrer mit seinem Anhängerzug den Bereich der kritischen Fahrgeschwindigkeit erreicht bzw. überschritten hat. Dieser Punkt ist nach Bild 1.4 bei einer Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h erreicht.

Der Punkt der kritischen Fahrgeschwindigkeit ist aber für jeden Anhängerzug verschieden. Er kann im Bereich von 60 ... 150 km/h liegen. Folgende Verallgemeinerungen können getroffen werden:

• Jeder Anhängerzug hat eine gespannspezifische kritische Fahrgeschwindigkeit. Je näher der Zug der kritischen Fahrgeschwindigkeit kommt desto länger dauert das Abklingen der Pendelbewegungen. Oberhalb der kritischen Fahrgeschwindigkeit schaukelt sich die Pendelbewegung auf, das Fahrverhalten wird instabil.
• Mit steigender Masse des Zugfahrzeuges erhöht sich die kritische Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges.

Um die Fahrstabilität zu verbessern, muss der Bereich der kritischen Fahrgeschwindigkeit erhöht werden. Da Trägheitsmomenten- und Massenquerkraft gegeneinander wirken, kann die kritische Fahrgeschwindigkeit nur durch Minimierung der Differenz dieser Querkräfte verbessert werden.

Aus Bild 1.6 ist zu erkennen, dass der Massenanteil der Querkraft im Kupplungspunkt gegenüber der Trägheitsmomentenquerkraft klein ist. Eine Erhöhung der Massenanteile kann durch Verlagerung des Gesamtschwerpunktes, d. h. Vergrößerung der Strecke l_s (Bild 1.5), erfolgen. Dabei ist zu beachten, dass die Stützlast, die laut StVZO mindestens 5 % der Anhängermasse und max. 50 kg betragen darf, die festgelegten Werte nicht übersteigt.

Das Trägheitsmoment eines Anhängers nimmt mit Erhöhung der Anhängermasse zu, d. h., je größer die Anhängermasse, desto größer ist der wirkende Querkraftanteil. Der im Bild 1.7 aus Durchschnittswerten aufgezeigte Verlauf der Trägheitsmomente als Funktion der Masse zeigt, dass bereits eine geringfügige Zunahme der Anhängermasse eine wesentliche Erhöhung der Trägheitsmomente I_A bringt.

Je größer ein Caravan ist, desto kleiner ist die zu erwartende kritische Geschwindigkeit. Die kritische Geschwindigkeit kann durch folgende Maßnahmen erhöht werden:

• Einbauten und Zuladungen mit großer Masse sind in der Mitte des Anhanges anzuordnen.
• Baugruppen mit großer Masse sind so niedrig wie möglich einzubauen.
• Die Deichsellänge /K (Bild 1.4) ist so groß wie möglich zu wählen, um die Differenz der Querkraftanteile an der Kugelkupplung zu verringern.
• Einbau von Schwingungsdämpfern, um das Seitenschwingungsverhalten sowie die Kurvenstabilität zu verbessern.
• Ausnutzung der zulässigen Stützlast an der Kugelkupplung, um die der Gierträgheitsmomentenkraft entgegenwirkende Massenkraft zu erhöhen.
• Das Gierträgheitsmoment I_A durch konstruktive Maßnahmen so klein wie möglich zu halten.
• Die Bereifung so groß wie möglich dimensionieren.
• Das Zugfahrzeug sollte gegenüber dem Anhänger eine wesentlich größere Masse haben.
• Einbau einer Antischleudervorrichtung zum Abbau der Gierträgheitsmomentenanteile und somit zur Dämpfung der Anhängerbewegung bereits beim Auslösen einer Pendelbewegung.

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1.1.3. Zugfahrzeug

Die vom Anhänger ausgelöste Querkraftkomponente an der Kugelkupplung des Zugfahrzeuges beeinflusst die Fahrstabilität. Somit haben günstige Hebelübersetzungen von der Kugel der Zugeinrichtung zu den Radaufstandsflächen des Zugfahrzeuges einen positiven Einfluss auf die Größe der kritischen Fahrgeschwindigkeit.

Das Gierträgheitsmoment des Zugfahrzeuges wirkt der Kraft aus dem Gierträgheitsmoment des Anhängers an der Kugelkupplung entgegen. Je größer dieses Moment ist, desto größer ist auch die erreichte kritische Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges (Bild 1.8). Das Gierträgheitsmoment des Zugfahrzeuges kann nur durch Beladung verändert werden. Je weiter die zu. beladenden Massen vom Schwerpunkt des Zugfahrzeuges verstaut werden, desto größer wird das Gierträgheitsmoment des Zugfahrzeuges.

Der Abstand Hinterachse - Kupplungskugel hat einen wesentlichen Einfluss auf die Dämpfung der Pendelbewegung des Anhängers. Je kürzer der Abstand zwischen Hinterachse und Kupplungskugel ist, desto kleiner werden die durch den Anhänger auf die Hinterachse des Zugfahrzeuges wirkenden Momente, desto größer wird die erreichbare kritische Fahrgeschwindigkeit (Bild 1.9).

Bild 1.8. Kritische Fahrgeschwindigkeit eines Anhängerzuges in Abhängigkeit vom Gierträgheitsmoment des Zugfahrzeuges (Durchschnittswert)

Bild 1.9. Erhöhung der kritischen Fahrgeschwindigkeit durch Veränderung des Abstandes Kupplungskugel/Hinterachse des Zugfahrzeuges

Radstand, wirkt sich ebenfalls auf die kritische Fahrgeschwindigkeit aus (Bild 1.10). Durch Vergrößerung des Radstandes werden die Reaktionsmomente größer. Das Zugfahrzeug ist somit in der Lage, größere Querkräfte an der Kugelkupplung aufzunehmen, d. h. die kritische Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges zu erhöhen.

Stützlast, muss 5 % der Anhängerlast und darf max. 50 kg betragen. Da der Massenanteil der Querkraft an der Kugelkupplung mit steigender Stützlast größer wird und sich somit die Fahrstabilität verbessert sollte mit einer möglichst hohen zulässigen Stützlast gefahren werden. Dabei sind aber unbedingt die zulässigen Achslasten des Zugfahrzeuges zu beachten. Durch das Wirken der Stützlast wird die Hinterachse belastet und die Vorderachse entlastet. Je nach Abstand der Kupplungskugel zur Hinterachse können die Belastung der Hinterachse und die Entlastung der Vorderachse Werte erreichen, die die Fahrstabilität wieder negativ beeinflussen. Diese negative Beeinflussung kann durch entsprechende Beladung des Zugfahrzeuges ausgeglichen werden.

Im allgemeinen kann man feststellen, dass mit steigender Stützlast auch die kritische Fahrgeschwindigkeit ansteigt (Bild 1.11).

Ein Punkt aber darf in diesem Zusammenhang nicht unerwähnt bleiben. Ab einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 40 km/h erfolgt durch die Wirkung des Fahrwindes am glattflächigen Bug (s. Bild 2.39) des Anhängers eine spürbare Entlastung der Stützlast und am schrägen Bug (s. Bild 2.42) eine spürbare Belastung.

Bild 1.10. Einfluss des Radstandes des Zugfahrzeuges auf die kritische Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges

Bild 1.11. Einfluss der Stützlast auf die kritische Fahrgeschwindigkeit

Aus der Fahrpraxis ist bekannt dass Anhänger mit einer negativen Stützlast zu einem instabilen Fahrverhalten neigen. Je nach Größe der über dem Dach des Zugfahrzeuges liegenden Angriffsfläche und des sich durch die Formgebung der Anhängerangriffsfläche ergebenden c_w-Wertes kann die Stützlast bereits bei einer Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges von 60 ... 90 km/h den Wert Null erreichen und negative Werte annehmen. Für die Größe der Luftangriffskraft gilt

c_wFormwiderstandsbeiwert (0,8 bis 0,4); ρL Dichte der Luft ρL ≈ 1,29 kg/m³; A Angriffsfläche der Luft am Campinganhänger (0,8 ... 2,5 m²); v Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges in m/s.

Mit Hilfe des Momentensatzes kann fast für jeden Anhänger ermittelt werden, bei welcher Fahrgeschwindigkeit die Stützlast Null wird und anschließend als vertikale Zuglast an der Kugelkupplung wirkt. Eine Verbesserung ist nur durch zwei Maßnahmen zu erreichen:

• optimale strömungstechnische Gestaltung des Bugteiles beim Entwerfen des Campinganhängers (s. Abschnitt 2.3.3.)
• Verwendung von Luftleiteinrichtungen zur Verminderung der im Luftstrom liegenden Angriffsfläche (s. Abschnitt 2.4.6).

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2. Entwurfshinweise

Dieser Abschnitt enthält grundsätzliche Überlegungen, die unbedingt vor dem Neuaufbau bzw. Um- oder Ausbau durchdacht werden müssen und die uns letztlich nach Fertigstellung unseres Anhängers vor unliebsamen Überraschungen bewahren sollen. Ein Campinganhänger soll so leicht wie möglich sein, damit auch noch die erforderliche Zuladung aufgenommen werden kann, der Anhängerzug im Straßenverkehr noch zügig mitfahren kann, im Stadtverkehr ausreichend beweglich ist und somit nicht zum unliebsamen Verkehrshindernis wird. Andererseits soll er aber auch möglichst viel Wohnkomfort und Behaglichkeit bieten. Und so sind viele Fragen vor Baubeginn zu beantworten:

• Wie wird eine gute Übereinstimmung zwischen Wohnkomfort und aerodynamischer Formgebung des Campinganhängers erreicht? Die Formgebung entscheidet mit über Kraftstoffverbrauch und die erreichbare Fahrgeschwindigkeit des Anhängerzuges.
• Welche Werkstoffe sind für die jeweiligen Bauteile zu verwenden, um einen extremen Leichtbau bei hoher Dauerbelastung zu erreichen?
• Was ist beim Einbau der Propangasanlage und der E-Anlage zu beachten? Welche Sicherheitsvorschriften dürfen nicht verletzt werden?
• Soll der Anhänger mit oder ohne Isolierung gebaut werden? Was ist bei der Belüftungskonzeption zu beachten, damit die unliebsame Kondenswasserbildung ausbleibt?
• Wie sollte das Fahrwerk aussehen, und welche Anforderungen müssen erfüllt werden?
• Sollten die Fenster ein- oder doppelwandig sein? Sind Kältebrücken vermeidbar?

Auf diese und weitere Fragen soll eine Antwort gegeben werden, damit der „Eigenbauer" die für seine Bedürfnisse günstige Variante erarbeiten kann.

An dieser Stelle muss aber auch darauf hingewiesen werden, dass die aufgeführten Berechnungsgrundlagen nicht zu eigenmächtigen Veränderungen serienmäßiger Bauteile führen dürfen, sondern die Voraussetzung zur Auswahl standardisierter Bauteile sind.

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