Ich will mal wieder was bauen. Dieses Mal: Kugelkopf AHK für den Dexheimer

[Fastnachter]

Hallo zusammen,

ich will mit dem neuen Traktor sicher und legal unsere PKW-Anhänger fahren können.
Ich war schon beim TÜV. Vom Prinzip kein Problem.

Hier das gewünschte Vorgehen: möglichst einfach und pragmatisch!
Der Kugelkopf muss tiefer. Und zwar etwa 30cm (genau messen muss ich noch).
Der Prüfer akzeptiert die Maul AHK als festen Punkt zur Aufnahme. Das ist gut, dann kann ich sie nämlich durch ziehen von 2 Bolzen abnehmen zum Mähen o.ä.

Heißt: Alles was ab da kommt braucht eine ABE oder einen Nachweis der Festigkeit. Er meinte "Überzeugen sie mich"   
Heißt: Schweiße ich selber will er ne Ultraschallprüfung und eine Berechnung der Konstruktion.
Lass ich das einen Fachbetrieb bauen mit Schweißschein und allem Zip und Zap wirds teuer.

ABER: Es gibt ja Höhenverstellsysteme für Anhängerkupplungen. Quasi einfache Adapterplatten, z.B. für Hohe Offroader, mit denen man die AHK tiefer legen kann. Problem: Die langen mir nicht ganz.
So sieht sowas dann aus:

https://www.ahk-onlineshop.eu/zubehoer-ahk/adapterplatten/#cc-m-product-15259617822

12mm stark und für bis 100km/h.

Was der Prüfer akzeptieren würde:
Wenn ich eine einfache Stahlplatte oben auf die 4 Löcher des Zugmauls schrauben würde und diese zeigt einfach senkrecht nach unten. Und unten dann eine Standard Westfalia AHK anschrauben würde (mit ABE), dann wäre ihm der Nachweis des Materials über die Kaufrechnung recht und er bräuchte nur eine kurze Rechnung zum Nachvollziehen, dass das hält.

Material wäre einfach S235JR / 1.0037 / ST37.
Auch zu bedenken: Der Schlepper fährt Maximal 25km/h.
Die AHK hat in der Regel eine Stützlast von 200kg, Anhängelast von 3500kg.
https://www.ahk-onlineshop.eu/zubehoer-ahk/produkte/kupplungskugel-lang/

So. Nun zur Frage:
Kann man sowas halbwegs einfach berechnen? Über Drehmoment?
Wie dick müsste meine Stahlplatte sein? Aus dem Bauch raus würde ich mal 20mm sagen.

Vielleicht hat ja wer Lust zu überlegen.

Viele Grüße

Jan.

[Fastnachter]

[jo.gi]

Hej Jan

Aus dem Bauchgefühl würde ich ein U-Profil der Platte vorziehen, da kommt ja schon ein Hebelweg zustande.
Rechnen werde ich jetzt nicht, da mache ich mich nur lächerlich. 
Aber um mal die Durchbiegung zu überschlagen gibt es mittlerweile ja Hilfe im Internetz, z.B.:
https://pickedshares.com/durchbiegungsrechner-traeger-mit-fester-einspannung-und-einzellast/
und für die notwendigen Momente bei verschiedenen Profilen z.B.:
https://www.online-berechnung.at/widerstandsmoment-traegheitsmoment.html

Aber Vorsicht mit den Einheiten, im ersten Link ganz unten sind Beispiele für die Umrechnung.
Viel Spaß beim Spielen mit den Werten. (Jetzt habe ich es doch mal probiert und bin bei einer Platte 180x20, einer Hebellänge von 300mm und einer Kraft von 3,5t auf eine Durchbiegung von 12,5mm gekommen. Erscheint nicht unrealistisch, aber man möge es gerne widerlegen ...)

Nur, mußt Du nicht auch ein ganzes Stück nach hinten mit der Kugel um an dem Ackerschienengeraffel vorbeizukommen?

Jörg

[Eppo]

Willst du beim Anhängerbetrieb die Kraftheber vom Dreipunkt abbauen?

Hintergrund meiner Frage ist, wenn ich deine Zeichnung richtig verstehe, kommt die Kugelkupplung dann sehr weit Richtung Traktor und du hast unter Umständen wenig Platz beim Rangieren mit dem Traktor bis z.B. die Deichsel vom Anhänger an den Hinterrädern schleift.
Bei mir sitzt die Kupplung hinter den Hinterrädern, womit ich quasi den Traktor 90° zur Hängerdeichsel drehen kann und damit z.B. den Anhänger auf der Stelle wenden kann.
Dadurch wird allerdings auch ein großer Schubhebel ermöglicht, welcher unter Umständen den Traktor im Gefälle bei steilen Kurven wegschieben kann.

Und eine tiefe Montage der Kugelkupplung schiebt im Gefälle ggf. bei großem Anhänger und entlastet damit deine Vorderachse.

Bzgl. Schweißen, hatte ich bei meinem alten 2t-Anhänger neue Achsprofile über meine Kfz-Werkstatt einschweißen lassen, vorher war da gebogenes Winkeleisen und ich hab dann massives gezogenes Winkeleisen verwendet.
Hat dem TÜV-Prüfer sofort gesehen, dass es massiver als original ist.
Aber als mein Werkstattmeister gesagt hat, dass er es geschweißt hat (und er hat die Zulassung dazu), war der Prüfer zufrieden.

MfG
Eppo

[Fastnachter]

Hallo zusammen,

U ist ne gute Idee! Stabiler.
Gibt's auch so fettes 4kant Rohr? So 200x100x20 oder so. Dann wäre der Kopf noch 10cm weiter hinten.

ALSO: Kraftheber kann entweder ganz hoch oder ganz runter. Vorgeschrieben ist ein Winkel links rechts von 20°, hoch runter von 25° um den Kugelkopf. Den Freigang erreiche ich, denn die abgebildete Festfalia-Kupplung kommt ja 20cm nach hinten.

Wenn mir das zum Rangieren nicht reichen sollte nehme ich eine verdrehsichere Ackerschiebe mit Kugelkopf. Sowas ist billig und stabil, nur im Straßenverkehr verboten weil der Kraftheber ja hochkommen könnte. Das ist ja der Witz: du darfst da theoretisch ne 5to Ballenpresse auf den Acker ziehen, aber kein 750kg Hängerchen.

Die angegebenen Rechner bemühe ich morgen mal. Danke!

Gruß

Jan.

[Fastnachter]

https://stahlshop.de/stahl-produkte/stahl-rohre/stahlbauhohlprofile/stahlbauhohlprofil-200-100-10

Einfach ein Stück Rohr ginge auch?!

Gruß

[Fastnachter]

Viel Spaß beim Spielen mit den Werten. (Jetzt habe ich es doch mal probiert und bin bei einer Platte 180x20, einer Hebellänge von 300mm und einer Kraft von 3,5t auf eine Durchbiegung von 12,5mm gekommen. Erscheint nicht unrealistisch, aber man möge es gerne widerlegen ...)

Also der Worst Case wäre ja mit 3.500 kg und wahnsinnigen 25km/h ungebremst vor ne Wand. Dank fehlender Knautschzone wäre der Bremsweg recht kurz. Vielleicht 20cm Felgen und Reifen?

Gruß

[Eppo]

Ungebremst vor ne Wand ist schonmal gar kein so abwägiger Ansatz.
Eine KFZ-Auflaufbremse mit Dämpfer ist sehr träge im Ansprechverhalten.
Mein Trecker schafft vielleicht wenn's gut läuft 15-18km/h und bringt beim Bremsen nicht die volle Bremswirkung am Anhänger.
Wenn ich den gleichen Anhänger am PKW hab und in die Eisen steige, merk ich richtig wie der Hänger bremst.

MfG
Eppo

[Fastnachter]

Ungebremst vor ne Wand ist schonmal gar kein so abwägiger Ansatz.
Eine KFZ-Auflaufbremse mit Dämpfer ist sehr träge im Ansprechverhalten.
Mein Trecker schafft vielleicht wenn's gut läuft 15-18km/h und bringt beim Bremsen nicht die volle Bremswirkung am Anhänger.
Wenn ich den gleichen Anhänger am PKW hab und in die Eisen steige, merk ich richtig wie der Hänger bremst.

MfG
Eppo

Das "bremsen" halt aber mit 0,2 (?) Sekunden Verzögerung.
Ist bei mir das Gleiche.

Daher war mein Gedanke: schlimmer als der Frontalcrash kanns eigentlich nicht sein. Wenn der Prüfer annimmt, dass der Bock vom Zugmaul hält, dann brauche ich nur die Kraft, die dabei 30cm (zu validieren) tiefer auf die Kupplung wirkt.

Die muss kleiner sein als die Bruchlast meiner Adapterplatte/U/Rohr.

Dann packe ich ihm 50% Sicherheit drauf, schicke ihm Rechnung und Skizze und Materialspezifikation per Mail und sage: wat is Nu?

Wenn ich mit nem Stück Stahl, 8 gebohrten Löchern, ner Dose Klickerlack und 100€ TÜV legal unterwegs bin, dann mache ich das!

Gruß

Jan.

[Fastnachter]

So, den ersten Teil habe ich.

Annahmen:

Traktor fährt 25km/h = 6,94m/s (v)
Masse Anhänger 3.500kg
"Knautschzone", bestehend aus Ackerreifen, Felgen, abreißender Vorderachse: 0,5m
Zeit bis zum Stillstand damit 0,144s
Kraft die beim Aufprall auf die Mauer auf den Kugelkopf wirkt: 168.000N (oder 17.125 kg oder 5g  )

Logisch? Richtig?

Jetzt schaue ich mir das mit dem Träger an. Entweder ein U oder ein H. H wäre mir fast lieber, dann würde ich noch etwas nach hinten kommen.

Gruß

Jan.

[Stefan]

Es gelten s=0,5*a*tquadrat, v=a*t und F=m*a. Daraus folgen a=vquadrat/2*s und F=m*vquadrat/2*s

Mit m=3500 Kg, s=0,5 m und v=7 m/s ergibt sich F=171,5 kN. Du hast richtig gerechnet oder wir beide falsch.

Welchen Durchmesser haben die Befestigungsschrauben des Zugmauls? M12? Wenn Du vor die Wand krachst und der Hänger drückt, dann zieht es dank des Hebels ordentlich an den oberen Schrauben.

Gruß
Stefan

[jo.gi]

Ein anständig (über-)dimensioniertes ,,H"-Profil hat wirklich Charme, zwei Fliegen mit einer Klappe.

Ob allerdings ,,Bruchlast" hier als Kriterium dienen kann glaube ich eher nicht (, die wird dann wieder bei den Schräubchen interessant).
Ungebremst gegen die Wand ist sicherlich ein Extrem, einen schweren Hänger auf nasser Wiese in Bewegung setzen wird aber auch schon ganz schön belastend sein.
Bevor das Material bricht/reißt wird es sich erstmal verformen, erst elastisch, dann plastisch, dann knack. Und Du baust hier ja schon einen nennenswerten Hebel ein.

Als groben Anhaltspunkt für die Materialstärke schau doch mal auf den Trecker.
Auf dem 3. Bild, der Draufsicht, sieht man das auch die Maulkupplung einen ähnlichen Abstand zur Anschraubfläche (Hebel) hat. Und dann kommt noch das ,,U" für die Verbindung zum Traktor, Materialstärke geschätzte 15mm. Vermutlich ist der Trecker so für schwerere Anhänger als 3,5t zugelassen.

Wenn der Schlosser des Vertrauens einen Rest ,,H" in ähnlicher Dimension rumliegen hat würde ich es dem Prüfer mal vorstellen.

[Fastnachter]

Hallo Ihr 2,

Stefan: Schraubendimension muss ich auch validieren, sind aber 4 Stück, mindestens M12, 10,9er Härte.

Ich habe mal jo.gis Rechner bemüht mit einem H-Träger, 200 X 200 X 10mm, 300mm frei hängend.
Dazu habe ich die obigen Annahmen noch etwas krasser genommen: "Bremsweg" nur 0,2m.
Damit wächst die Kraft beim Einschlag auf 421971 N.
Der H Träger verbiegt sich 0,01mm.
Also ich schließe mal draus: Dem ist das egal!

Bleibt als potentieller "Knackpunkt" die Verschraubung oben.

Aktualisierte Skizze anbei.

Gruß

Jan.

[jo.gi]

Hej Jan

Überprüfe bei der Rechnung bitte nochmal die Einheiten.
Der Internetzrechner möchte als Eingabe ungewöhnliche cm hoch 4, bzw cm hoch drei.
Aber auch bei einer Biegung von 1,35mm bliebe es bei der Einschätzung ,,Dem ist das egal". 

Jörg

[Fastnachter]

Einheiten hatte ich beachtet. Komma vier Stelle vor, ne? Gruß

[jo.gi]

Vier Stellen, ja.
Ich stolpere nur über die Vorstellung das sich das Profil bei 42t nur um einen hundertstel Millimeter biegen soll.

Hier ist noch eine vielleicht besser geeignete Seite:
https://www.johannes-strommer.com/rechner/balkenberechnung/
Zumindest wirft sie das Ergebnis in der gewünschten Einheit aus, UND die Richtung der Kraft ist wählbar. (Bei meinen 1,35mm ging es wohl in die andere Richtung.)
Mit den Werten komme ich auf eine Biegung von 0,44mm. Das ist zwar ein Vielfaches von 0,01, läuft wohl aber immer noch unter ,,hoffnungslos überdimensioniert". Und damit geeignet den Prüfer zu überzeugen.

 

[Fastnachter]

Als wir bei der Sanierung ein Stück der zentralen, tragenden Wand rausgenommen haben kam diese Dimension rein. Vom Statiker berechnet. Spannt 5m, liegt ein Stockwerk und das Dach drauf.

Ich bleibe dabei: der Träger ist kein Thema. Hängt im Beispiel 30cm frei. Die Schrauben oben: darauf bin ich gespannt. Muss den Bock unbedingt messen für genaue Werte und die Schrauben messen.

Viele Grüße

Jan.

[Stefan]

Ich bleibe dabei: der Träger ist kein Thema. Hängt im Beispiel 30cm frei. Die Schrauben oben: darauf bin ich gespannt. Muss den Bock unbedingt messen für genaue Werte und die Schrauben messen.

Antwort zu Meks Prime Time: Sehe ich auch so: Der Träger ist heillos überdimensioniert.
Interessant ist der vertikale Abstand der Schrauben und der der unteren Schrauben zu Mitte Kugel. Das ergibt den Hebel, wenn du vereinfacht die unteren Schrauben als Drehachse definierst. Wird irgendwas um 300/60 also etwa Faktor 5 sein. Das ergibt eine ordentliche Zugspannung in den Schrauben.

Gruß
Stefan

[Eppo]

Vielleicht kannst du dir ja auch noch was zum Abfangen der Zugkräfte vom H-Profil auf Höhe der Kugelkupplung Rtg. Unterlenker einfallen lassen.
z.B. bei den Schäkeln.
Damit wirken nicht mehr so große Hebel auf den Schrauben oben.
MfG
Eppo

[Fastnachter]

Danke für eure Kommentare.
Ich würde halt gerne das Schweißen vermeiden, denn dann bin ich bei Nachweis über Festigkeit und so. Das wird dann aufwendiger. Die Idee war ja den Nachweis über die Festigkeit des Bauteils zu vereinfachen.

Fixpunkte wo man ran könnte gäbe es da genug. Einen pensionierten Schweißer mit Druckprüfung bis 10bar hätte ich auch da. Jedoch: der KANN das, aber darf halt nicht, da kein Gewerbe und so.

Nu warten wir mal die Messergebnisse ab.

Welche Zugkraft (oder Bruchlast) hat denn so ne M12 10.9 oder M14 14.9?

Nebenbei: was stellt eigentlich unser 3,5to Hänger mit SUVs abnehmbarer AHK beim ungebremsten Einschlag aus 100km/h in die Wand an?

Gruß

Jan.

[Kees]

Ist das wirklich wichtig? Wenn du mit 100 in die Wand prallst ist die kaputte Hängerkupplung wahrscheinlich noch das kleinste Übel.

[Fastnachter]

Wenn ich unangeschnallt mit nem Traktor ohne Knautschzone mit 25km/h vor ne Wand fahren dürfte das schon ähnlich sein

Stefan: unten haben wir ja.

Bildquelle: https://www.ahk-onlineshop.eu/...tten/#cc-m-product-15259617822

[Stefan]

Ist das wirklich wichtig? Wenn du mit 100 in die Wand prallst ist die kaputte Hängerkupplung wahrscheinlich noch das kleinste Übel.

Das habe ich mich auch schon gefragt und hätte es auch bald geschrieben.
Hat der Prüfer diese Vorgabe gemacht? Auch bei Unfall darf die Hängerkupplung nicht vom Fahrzeug abbrechen.

[Einzylindär]

10.9 heißt Zugfestigkeit 1000N/mm². (10x100) Du rechnest den Kernquerschnitt der Schraube. Und hast dann die Kraft, bei der die Schraube abreißt.
.9 heißt 90% von den 1000N/mm² ist die Dehngrenze. Also ab 900N/mm² verformt sich die Schraube plastisch, wird also dauerhaft länger. Mit der Vorspannkraft durch das Anziehen und den Betriebskräften bleibt man normalerweise unterhalb der Streckgrenze. Ausnahme Dehnschrauben. Wenn die Schraube sich längt oder die verspannten Teile sich setzen, gibt es einen Vorspannkraftverlust, die Teile können sich dann bewegen. Das ist das ko Kriterium. Querkraft und Scherung können Schrauben nicht gut aushalten. Dann schert die Schraube ab oder bricht.
Wichtig ist auch, daß Schraube und Mutter plan aufliegen. Die Innenseite vom H / Doppel T ist meist schräg, da gibt es Ausgleichskeile/keilförmige Unterlegscheiben. Sonst hast du Biegung in deiner Schraubverbindung

Gruß
Stefan, der Einzylindär

[Fastnachter]

Das habe ich mich auch schon gefragt und hätte es auch bald geschrieben.
Hat der Prüfer diese Vorgabe gemacht? Auch bei Unfall darf die Hängerkupplung nicht vom Fahrzeug abbrechen.

Danke Stefan²

Nein, hat er nicht. Das war jetzt mein Ansatz. Der Gedanke war: Wenn das hält, dann gibt's keine Diskussion. Könnte aber wohl ein zu krasses Beispiel sein.

Hier gibt's übrigens jemanden, der AHK für alte Schlepper fertig. Der reagiert leider garnicht und will das Portfolio wohl auch nicht erweitern. Die Konstruktionen haben eines gemeinsam: es muss immer ein gutes Stück runter und nach hinten.

https://www.duebbert-maschinenelemente.com/k50-zugeinrichtungen/mc-cormick/ihc-mc-cormick/

Gruß

[Stefan]

Nimm das doch als Beispiel für eine vorhandene Lösung. Dann reicht ein 15 mm Flachstahl aus. Was ich aus dem Bauch heraus auch sagen würde.

[jo.gi]

(...)
Nebenbei: was stellt eigentlich unser 3,5to Hänger mit SUVs abnehmbarer AHK beim ungebremsten Einschlag aus 100km/h in die Wand an?
(...)

Da ich beruflich als Karosserie-Konstrukteur unterwegs bin glaube ich lösen zu können.
Das Auto ist nicht nur vorn, sondern auch hinten kaputt ... 

Aber ernsthaft, 100km/h gegen ein massives Hindernis ist kein Szenario das in der ,,normalen" PKW-Entwicklung betrachtet wird. Dafür tritt es zu selten auf.

[Fastnachter]

Da ich beruflich als Karosserie-Konstrukteur unterwegs bin glaube ich lösen zu können.
Das Auto ist nicht nur vorn, sondern auch hinten kaputt ... 

Hätte ich mal was ordentliches gelernt!

Kannst du sagen was ein realistisches Szenario für den Schlepper wäre?

Stefan: auf den H bin ich ja nur gekommen, weil ich damit automatisch 20cm zurück komme. Anfangs war ich ja bei 20mm Flacheisen.

Ich organisiere die Tage mal die richtigen Maße und dann überlegen wir weiter.

Gruß

[jo.gi]

Juristisch verwertbar kann da leider nichts sagen.
Mein Berufsalltag besteht eher aus eine Art Tetris-Spiel. Wie muß ein Bauteil aussehen um die Anforderungen zu erfüllen (hier die Anschraubung der Kugel) und zu einem bestimmten Zeitpunkt in die Karosserie eingefügt zu werden (hier einfach, da zum Schluß an den fertigen Trecker). Da das Rad nicht immer neu erfunden werden muß orientiert man sich bei der Dimensionierung erstmal an vergleichbaren Vorgängern und tastet sich dann mit Hilfe von Simulationen an das ,,Optimum" heran. Da sind wir aber bei Blechstärken von 0,x – 3,xmm. Und die Simulationen kommen von Anderen.

Hier ist der ,,Crashtest" auch nur das eine Extrem, wichtiger ist die sogenannte Betriebsfestigkeit. Also das Geruckel beim Anfahren und Abbremsen. Das läßt sich aber nicht so einfach in Formeln fassen.
Deswegen traue ich mich auch nicht zu rechnen, sondern spreche von ,,Bauchgefühl".

Falls uns jemand jetzt nicht noch einen kapitalen Rechenfehler nachweist sollten die bisherigen Rechnungen aber ausreichen um nachzuweisen das ein so oder ähnlich dimensioniertes ,,H" mehr als ausreicht. Spaßeshalber könnte man nochmal die Durchbiegung mit 3,5t zur Seite durchrechnen. Idealisiert mit einem Flachstahl 300x200x10, also der Steg vom ,,H". Tritt in der Praxis so vermutlich nicht auf, simuliert aber das Rangieren.

Der nächste Schritt wäre, wie ja auch schon angemerkt, der rechnerische Nachweis das die Schrauben halten. Die größte Belastung wird wohl auf der zweiten Schraubenreihe von oben liegen,
Am langen Hebel (300mm) die 3,5t ergeben am kurzen Hebel (Oberkante ,,H" zu zweiter Schraubenreihe) wieviel? Und was können die Schrauben ab (#22)?
Ähnliches müßte man eigentlich auch noch für die beiden Bolzen die gezogen werden können auf Scherung durchführen. Aber da denke ich das die bei der Feldarbeit stärker belastet wurden ...

[Fastnachter]

10.9 heißt Zugfestigkeit 1000N/mm². (10x100) Du rechnest den Kernquerschnitt der Schraube. Und hast dann die Kraft, bei der die Schraube abreißt.

Schnell Gegoogelter Kerndurchmesser M12 wären 9,853. Fläche 76,248mm².

76*1000*4 wäre bei M12 mit 10.9 die Bruchlast oben, ja? Wären 304.000N oder knapp 31to.

Richtig?

Hieße: ich hänge den Schlepper senkrecht an einen Kran und könnte unten 30to an die Kupplung hängen ohne, dass es knack macht?

Jetzt wirds methodisch noch dünner:
3,5to erzeugen bei 30cm ein Drehmoment von 10,3to. Heißt: ich könnte an meinen hängenden Traktor auch noch den 3,5to Anhänger an den Hebelarm (H Träger) hängen? Also frei baumelnd?

Beim Auffahren auf die Wand mit Knautschzone 0,5m müssten die Schrauben halten, bei 0,2m dann nicht mehr, richtig?

Gruß

Jan.

[Stefan]

Gib mal die Maße an, die ich auf Deiner Skizze eingezeichnet habe.