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Gliederung
1. Vorbetrachtung und Planung 02
1.1. Zielstellung der BeLL und Anforderungen an das Modell 02
1.2. Möglichkeiten für das Umsetzen der Zielstellung am Modell 03
1.3. Umsetzung der Zielstellung am Modell 08
2. Fertigung des Modells 12
2.1. Fertigung des Hauptrahmens 12
2.2. Fertigung des Hilfsrahmens 19
2.3. Fertigung der Anbauteile und des Fahrerhauses 23
2.4. Lackierung und Montage 27
2.5. Einbau der elektronischen Komponenten 28
3. Test des Modells und Fazit 34
3.1. Test der Eigenschaften des Modells 34
3.2. Einschätzung der Leistung und Verbesserungsmöglichkeiten, 37
Upgrade des Modells mit einem Brushless-Motor
3.3. Fazit 39
4. Quellen 40
5. Anhänge 41
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1.Vorbetrachtung und Planung
1.1. Zielstellung der BeLL und Anforderungen an das Modell
Viele Erwachsene träumen von einem eigenen, großen Spielzeug. Manche wollten schon
immer eine eigene Yacht haben, andere ersehnten sich ein Flugzeug oder einen Sportwagen.
Modellbau bietet eine vergleichsweise günstige und einfache Möglichkeit für handwerklich
Begeisterte sich diese Wünsche zumindest in Klein zu erfüllen. Nun stellt man sich die Frage,
was ist Modellbau?
Modellbau bezeichnet das Darstellen eines bestimmten Objektes, z.B. eines Gebäudes oder
eines Fahrzeuges in einem kleineren Maßstab. Dabei werden so viele Details wie möglich
vom großen Vorbild übernommen. Modellbau kann aber auch bedeuten, dass man ein
vergrößertes Abbild anfertigt, um die Details besser darzustellen. Als Beispiel hierfür könnte
man ein Modell zur Darstellung eines sehr kleinen Insektes oder der DNA nennen. Man
unterscheidet die Modelle aber auch nach ihren Fähigkeiten. Modelle, welche lediglich zur
Anschauung dienen und keine Funktionen besitzen, nennt man Standmodelle.
Funktionsmodelle sind Modelle, die in einigen oder allen Funktionen ihrem großem Vorbild
nachempfunden sind.
Zur Fertigung eines Modells stehen diverse Materialien zur Verfügung, welche je nach
Anforderungen an das Modell ausgewählt werden sollten. Will man ein Modellflugzeug
bauen, so benötigt man leichteres Holz, was aber für den Rahmen eines Modellautos zu
schwach wäre.
In Rahmen dieser BeLL, der „Besonderen Lernleistung“, soll ein Lkw-Funktionsmodell geplant
und gebaut werden. Als Vorbild hierfür dient ein MAN TGA mit einem Meiler Kipperaufbau.
An solch ein Modell werden natürlich verschiedene Anforderungen gestellt. Unter anderem
sollte dieses Modell, wie das Original, als Baustellenfahrzeug sehr geländegängig sein. Des
Weiteren sollte das Modell ein gewisses Funktionsspektrum abdecken. Dazu zählen die
Kippfunktion, eine komplette Beleuchtungseinheit und natürlich die Fahr- und Lenkfunktion.
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1.2. Möglichkeiten für das Umsetzen der Zielstellung am Modell
1.2.1. Geländegängigkeit
Bevor man in die Planung und Umsetzung des Fahrwerkes des Modells einsteigt, sollte man
sich überlegen, welche Anforderungen man in das Fahrzeug und seine Fähigkeit sich im
Gelände zu bewegen, stellt. Dabei unterscheidet man in verschiedene Einsetzbereiche
beziehungsweise Geländetypen:
Straßenfahrzeuge
Geländefahrzeuge
Trail-Fahrzeuge
Crawler oder Rockcrawler
Der Begriff der normalen Straßenfahrzeuge ist allgemein bekannt. Sie sollten
Streckenabschnitte mit festem Untergrund und mäßigen Steigungen bewältigen können.
Dabei liegt das Augenmerk besonders im guten Fahrverhalten auf festem Untergrund und
ausreichend Zugkraft, da solche Fahrzeuge meistens mit Auflieger oder Hänger betrieben
werden. Typische Antriebsvarianten sind die nicht angetriebene Vorderachse in Kombination
mit ein oder zwei Hinterachsen mit regulärem Differenzial. Diese Fahrzeuge verfügen meist
nicht über ein separates Mittelgetriebe. Die Kraftübertragung erfolgt vom Motor über das
normale Schaltgetriebe direkt über eine Welle auf die Hinterachse (-en).
Die Geländefahrzeuge, häufig Baufahrzeuge, sind hauptsächlich für lockeren Untergrund
geschaffen. Hierzu sind eine Erhöhung der Haftung der Reifen und eine Umgestaltung des
Fahrgestelles notwendig. Anzustreben ist ein allradgetriebenes Fahrwerk mit zwei, drei oder
vier Achsen.
Des Weiteren kann sich bei diesem Einsatz die Wirkung des Achsdifferenzials nachteilig
erweisen, da es besonders auf lockerem Untergrund zum technisch bedingten „Festfahren“
des Lkws kommen kann. Durch die fehlende Traktion zwischen Reifen und Untergrund setzt
die Wirkung des Differenzials eher ein. Die Kraft wird zum Rad mit dem größten Schlupf
(Verhältnis zwischen Fahrzeugvortrieb und Radumdrehung) geleitet. Als Konsequenz dreht
das Rad durch und trägt nicht zur Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges bei. Abhilfe schafft hier
ein sperrbares Differenzial. Dieses wirkt der Differenzialwirkung entgegen und verteilt die
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Kraft starr und gleichmäßig je zu 50% auf die Räder. Durch dieses starre Drehen der Räder
wird verhindert, dass die Achse keine Vortriebskraft durch einseitigen Kontaktverlust mehr
erzeugt.
Eine einfachere Variante stellt die dauerhaft gesperrte Achse dar, welche allerdings bei
Fahrten auf festem Untergrund Nachteile hat. Hier kommt es aufgrund der fehlenden
Differentialwirkung zu einem größeren Wendekreis und zu einem erhöhten Reifenabrieb,
welcher vor allem bei schweren Modellen größeren Maßstabs bemerkbar wird. Dies kommt
zustande, da das kurvenäußere Rad einen größeren Wenderadius durchfährt als das
kurveninnere Rad.
Die Kraftverteilung im Antriebsstrang muss außerdem anders gestaltet werden. Im
Gegensatz zum Straßenfahrzeug reicht die direkte Kraftübertragung vom Motor/
Schaltgetriebe zur Hinterachse nicht aus, da in den meisten Fällen eine angetriebene
Vorderachse Verwendung findet. Für die Kraftaufteilung wird ein Zwischengetriebe oder
Verteilergetriebe benötigt. Dieses Getriebe vereint eine doppelte Ausgangswelle meist mit
einer Untersetzung um die Drehzahl des Motors zu senken und das Drehmoment zu
erhöhen.
Die Fahrzeuge der Trail-Modelle werden auf äußerste Geländegängigkeit optimiert, behalten
dabei aber stets den Bezug zu den großen Vorbildern. Hier wird nicht nur eine
Umstrukturierung des Antriebsstranges sondern des kompletten Fahrgestells nötig. Wie
oben bereits beschrieben finden auch bei diesen Modellen Allradantriebe ihre Anwendung.
Hier wird allerdings oftmals auf Differentialsperren verzichtet, da diese nur unnötiges
Gewicht und einen hochliegenden Schwerpunkt bedeuten. Außerdem entfällt beim Trail die
Komponente des festen Untergrundes komplett. Wendekreis beziehungsweise Abrieb der
Reifen spielen auf dem unbefestigten Untergrund eine untergeordnete Rolle. Aber auch in
den Punkten Aufhängung und Reifenwahl finden hier Verbesserungen statt. Findet man bei
den geländegängigen Fahrzeugen noch vorbildgetreue Reifen, so werden bei den Trail-
Fahrzeugen meist größere, weiche Reifen mit groben Profil verwendet. Diese ermöglichen
eine bessere Haftung auf lockerem Untergrund und bewirken bessere Klettereigenschaften
des Fahrzeuges. Unter Klettereigenschaften versteht man die Fähigkeit, eine frontal
angefahrene Stufe zu überwinden. Die Aufhängung besteht bei einzelnen Achsen meist aus
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Schraubfedern, im Gegensatz zu Blattfedern bei den geländegängigen Fahrzeugen und zum
Teil bei den Originalen. Dadurch werden die Verschränkung und die Einstellbarkeit des
Fahrwerks verbessert. Außerdem kann das Fahrwerk so besser auf einen veränderten
Untergrund, zum Beispiel Bodenwellen, reagieren und findet so in jeder Fahrsituation
optimale Bodenhaftung. Bei Doppelachsen findet man, wie bei den Geländefahrzeugen und
den großen Vorbildern, eine Pendelachsaufhängung. Vereinzelt kommen aber auch
Schraubfedern zum Einsatz.
Den letzten Abschnitt bilden die Crawler. Diese sind auf maximale Geländegängigkeit
optimiert. Sie haben wenige Ähnlichkeiten mit den Lkw-Modellen, sollen aber zur
Vollständigkeit der Aufzählung erwähnt werden. Um die bei diesen Modellen enorme
Bodenfreiheit zu erreichen, werden meist zwei Motoren, einer pro Achse, verwendet.
Dadurch entfällt ein Großteil des mechanischen Antriebsstranges, wie Verteilergetriebe und
Wellen, da die Motoren meist direkt über Zahnräder auf die Achse wirken. Auch die
Federung dieser Fahrzeuge ist anders aufgebaut. Durch sehr lange Ober- und Unterlenker
können sehr große Verschränkungen erreicht werden. Positiv wirkt sich hierbei das Fehlen
der Kraftübertragungswellen aus, da die Längenänderung dieser Wellen bei
Verschränkungen des Fahrwerkes nicht ausgeglichen werden müssen. Die Wahl der
Bereifung fällt meist auf sehr weiche Exemplare, da sich diese optimal an den Untergrund
anpassen können und damit eine große Auflagefläche haben. Sehr gute Gelände- und
Klettereigenschaften werden damit erreicht. Die Karosserie wird bei diesen Modellen meist
zugunsten des Schwerpunktes, welcher sehr niedrig liegen sollte, vereinfacht und
minimalisiert dargestellt.
Da der geplante Lkw ein höheres Maß an Geländegängigkeit besitzen soll, aber trotzdem ein
konkretes Vorbild mit einer Bandbreite an Funktionen darstellen wird, kann er in die
Kategorie der Geländefahrzeuge eingeordnet werden. Im Rahmen der Fertigung werden
jedoch einige Merkmale des Straßenfahrzeuges übernommen, da diese in der Umsetzung
einen geringeren Werkzeugaufwand und einen geringeren Zeitaufwand benötigen.
Eine für die weitere Planung entscheidende Frage, ist die nach der Achsanzahl. Hier steht die
Konfiguration als Zwei-, Drei- und Vierachser zur Verfügung.
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Jede weitere Achse steigert theoretisch die Geländegängigkeit des Fahrzeuges, bedeutet
aber auch mehr Fertigungsaufwand und ein weiteres System im Antriebsstrang. Auch hat die
Achsanzahl einen erheblichen Einfluss auf Parameter wie den Wendekreis.
Ein Zweiachser stellt die technisch einfachste Möglichkeit dar. Im Normalfall würde der
Antriebsstrang hier lediglich aus einer angetriebenen Hinterachse bestehen, was die
Geländegängigkeit des Fahrzeuges erheblich einschränken würde. Abhilfe für dieses Problem
schafft ein Allradantrieb, welcher wiederum eine angetriebene Vorderachse einschließt. Die
Realisierung eines solchen Allradantriebes gestaltet sich schwieriger als die Realisierung
eines Heckantriebes, wie er in fast allen Straßen-Lkws zu finden ist. Der Zweiachser besitzt
gegenüber dem Drei- und Vierachser aber weitere Vorteile:
Durch den geringen Abstand der Achsen und die geringe Gesamtlänge erhält man ein relativ
kompaktes Modell mit kleinem Wendekreis. In Verbindung mit Allradantrieb steigert dies die
Geländegängigkeit. Der Zweiachser mit Allradantrieb bietet ein kompaktes, wendiges und
auch geländegängiges Modell.
Dem Zweiachser mit Heckantrieb fehlt allerdings für Geländefahrten die nötige Traktion, da
bereits der Kontaktverlust eines Rades der Hinterachse zum Durchdrehen dieser führen
kann.
Der Dreiachser bietet eine günstige Möglichkeit auch ohne Vorderachsantrieb ein
geländegängigeres Modell zu bauen. Dies wird durch zwei angetriebene Hinterachsen
ermöglicht. Ein Allradantrieb (Formel 6x6) benötigt zwar eine angetriebene Vorderachse,
würde aber die Geländegängigkeit noch einmal steigern. Ein großes Manko des Dreiachsers
ist der verhältnismäßig große Wendekreis, da eine gelenkte Vorderachse zwei starren
Hinterachsen gegenübersteht.
Zusammenfassend und im Vergleich zum Zweiachser ist festzuhalten, dass man mit einem
Dreiachser ein zwar größeres Modell bauen muss, dieses jedoch auch ohne Antrieb der
Vorderachse eine gute Geländegängigkeit aufweist. Lediglich der Wendekreis fällt bei diesem
Modell großer aus.
Der Vierachser stellt die größte, reguläre Fahrgestellvariante dar. Fahrgestelle mit mehr
Achsen werden häufig für besonders schwere oder große Aufbauten wie Betonpumpen oder
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Krahn-Fahrzeuge verwendet. Der Vierachser bietet ein sehr langes Fahrgestell mit
ausreichend Platz für alle Komponenten eines RC-Modells. Allerdings benötigt ein Vierachser
auch die meisten Komponenten, was sich in den Anschaffungs- bzw. Fertigungskosten
widerspiegelt.
Nach Meinung des Verfassers kann man die Zielstellung der BeLL und die gesetzten
Anforderungen an einen maßstabsgerechten, vorbildgetreuen und geländegängigen Lkw am
besten mit dem Bau auf Grundlage eines Dreiachsigen- Fahrgestelles umsetzten.
Die Aussagen zur Geländegängigkeit, demPlatz, den Kosten und den Arbeitsaufwand stehen
gegenüber einer zwei, vier- oder mehrachsigen Bauvariante in einem günstigen Verhältnis.
1.2.2. Sonderfunktionen
Als Funktionsmodell muss der LKW natürlich auch ein gewisses Spektrum an
Sonderfunktionen abdecken. Diese werden im Rahmen der BeLL eher gering ausfallen, da die
Planung und Fertigung der mechanischen Komponenten den Hauptanteil darstellt. Trotzdem
sollte dieser Punkt als Teilbereich des Modellbaus nicht vergessen werden. Realisieren kann
man bei einen LKW-Modell eine große Anzahl von Funktionen und Extras, welche im Original
nur bedingt sinnvoll oder notwendig wären, solange der Platz ausreicht. Solche Funktionen
sind zum Beispiel:
normale Beleuchtung (Tag-/ Nachtlicht, Blinker, Bremslicht, Rücklicht usw.)
besondere Beleuchtung (Rundumlicht, Innenraumbeleuchtung, Zierlampen am
Kühlergrill usw.)
Soundeffekte (Hupe, Motorgeräusch, Martinshorn bei Blaulichtfahrzeugen usw.)
technische Funktionen (Kippen der Mulde, Seilwinde usw.)
Für das LKW Modell sind im Rahmen der Bell die normale Beleuchtung und die Kippfunktion
geplant.
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1.3. Umsetzung der Zielstellung am Modell
Vor Baubeginn des eigentlichen Modells empfiehlt sich eine detaillierte Planung und ein
Aussuchen der Komponenten, um später Platzprobleme oder nicht harmonierende
Elektronik auf ein Minimum zu beschränken. Zur Planung ist das Anfertigen eines Bauplanes
oder Dreiseitenrisses notwendig. Darunter versteht man die Darstellung des späteren
Modells von der Seite, von oben oder von vorn. Im Zeitalter von CAD-Konstruktion und 3D-
Modellen bieten sich natürlich auch diese Möglichkeiten an.
Der Begriff CAD kommt aus dem Englischen „Computer Aided Design“ und bedeutet so viel
wie Computergestütztes Konstruieren. Das Konstruieren mit CAD-Programmen bietet vor
allem im industriellen Bereich erhebliche Vorteile wie Zeit- und Kostenersparnis oder das
leichte Abändern der vorhandenen Konstruktion. Ein weiterer Vorteil des CAD basierten
Konstruierens ist der Zugriff auf eine Kauf- beziehungsweise Normteilbibliothek, welche das
Einbauen von zum Beispiel Motoren oder Schrauben ermöglicht, ohne diese vorher zu
konstruieren. Des Weiteren entscheidet man bei CAD zwischen 2D und 3D Programmen. 2D
Programme ähneln einem herkömmlichen Bauplan, da lediglich eine Ebene dargestellt wird.
Bei 3D Modellen ist es möglich einen kompletten Körper darzustellen.
Für die Konstruktion des Modelles wird die 3D Software „Inventor Professional“ verwendet,
da diese von Autodesk als Schülerversion zu Verfügung steht. Diese Software bietet eine
Vielzahl von Funktionen und die Möglichkeit das 3D Modell direkt in eine technische
Zeichnung zu konvertieren.
Die Konstruktion des eigentlichen Modells untergliedert sich in 3 Schritte: Die Konstruktion
beziehungsweise das Sammeln aller Kaufteile, da diese unter Umständen nicht als fertiges
CAD Modell verfügbar sind. Normteile wie Schraube und Zahnräder kann man der
Normteilbibliothek entnehmen oder von der Webseite des Herstellers runterladen. Zur
Konstruktion von Kaufteilen wie Achsen oder Felgen empfiehlt es sich zumindest ein
Urmodell zum Abnehmen der Maße zur Verfügung zu haben. Andere Kaufteile wie
Kugelköpfe können auch vereinfacht modelliert werden, da hier nur die Größe und nicht die
genaue Form entscheidend ist.
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Das Programm Inventor arbeitet mit Volumenkörpern, das bedeutet, dass der modellierte
Körper als „massives“ Element vorhanden ist und nicht, wie bei anderen Programmen nur
aus Kanten oder Flächen besteht.
Die Grundkörper werden aus einer zweidimensionalen Skizze extrahiert und anschließend
durch weitere Extraktion in die genaue Form gebracht und mit weiteren Details wie
Bohrungen, Rundungen oder Fasen versehen. Zur weiteren Unterstützung der Konstruktion
bietet das Programm die Möglichkeit, Bilder als Referenzen in den Hintergrund zu legen und
die vorausgehenden 2D Skizzen daran zu orientieren.
Die Konstruktion von einem Bauteil läuft in drei Hauptschritten ab:
Im ersten Schritt werden die Umrisse des
Bauteils gezeichnet. Alle fest definierten
Umrisse werden im Programm lila, alle
nicht definierten grün dargestellt. Man
sollte Bauteile immer im Raum ausrichten,
dieses Bauteil wurde am
Koordinatenursprung (gelbe Linien)
ausgerichtet.
Anschließend werden alle grünen Kanten
durch Bemaßungen eindeutig definiert.
Dies ist wichtig, damit das Bauteil in der
späteren Bearbeitung nicht unbeabsichtigt
verändert werden kann. Bei den Maßen
sollte man immer auf logische Zahlen ohne
Kommawerte achten, um die Passung
anderer Teile und die Fertigung zu
vereinfachen.
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Im dritten Schritt wird die 2D-Skizze zu
einem 3D-Körper umgewandelt. Dazu wird
der Umriss der Skizze extrudiert, das
bedeutet sie erhält eine Tiefe. Dieses
Bauteil kann nun im Programm weiter
bearbeitet werden. Die Basis hierfür bilden
immer am Bauteil orientierte Skizzen.
Möglich sind unter anderem Aussparungen,
Bohrungen oder Rundungen.
Nachdem man alle Kaufteile konstruiert hat, kann man mit der Konstruktion des eigentlichen
Fahrgestells beginnen. Hierbei helfen Originalpläne oder der originale Lkw beim Abnehmen
der Maße. Des Weiteren hilft eine vor Beginn der Konstruktion zusammengestellte
Sammlung aller Fahrgestellkomponenten mit wichtigen Daten wie Maßen und
Proportionen. Damit ist es möglich, die vom Original umgerechneten Maße so anzupassen,
dass alle wichtigen Komponenten problemlos im Fahrgestell untergebracht werden können.
Man sollte auch die Stabilität des Rahmens bedenken. So empfiehlt sich der Einbau diverser
Versteifungen, um den Rahmen auf die nötige Breite zu bekommen und um ein Eindrücken
oder Ausbeulen des Rahmens nach Einbau der Komponenten zu verhindern. Außerdem
erhält man so mehr Punkte, welche zu Befestigung der Komponenten genutzt werden
können.
Ein Vorteil des CAD Konstruierens ist die Möglichkeit die Modelle immer wieder anzupassen.
So kann man unter anderem Bohrungen so optimieren, dass mehrere Bauteile dieselbe
nutzen können oder wie oben beschrieben die Versteifungen so platzieren, dass man sie
gleichzeitig als Befestigung nutzen kann. Man sollte bereits während der Konstruktion des
CAD-Modells bedenken, dass das Modell für spätere Wartungsarbeiten zerlegbar bleiben
muss.
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Gesamtansicht des Modells. Gut zu sehen
sie Aufteilung in die einzelnen
Komponenten: Rahmen, Fahrerhaus und
Kippaufbau. Alle Kaufteile wurden zur
besseren Sichtbarkeit in Gelb abgesetzt.
Nachdem nun die Vorplanung und die Konstruktion des Modells abgeschlossen ist, kann die
Fertigung beginnen. Natürlich werden diverse Anpassungsarbeiten während der Fertigung
nicht ausbleiben, da es oftmals vorkommt, dass Hersteller die Maße zweideutig oder vom
falschen Produkt angeben. In solch einem Fall müssen Kompromisslösungen gefunden
werden, um bereits gefertigte Teile ohne Umarbeitung nutzen zu können.
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2. Fertigung des Modells
2.1. Fertigung des Hauptrahmens und des Antriebstranges
Zu Beginn eines jeden Modells benötigt man eine Grundlage, auf der alle weiteren
Komponenten und Fertigungsschritte aufbauen. Bei einem Boot ist es der Rumpf, bei einem
RC-Auto die Chassisplatte und bei einem RC-Lkw der Rahmen. Es ist wichtig den Rahmen zu
Beginn zu fertigen, da nur teilweise CNC-gesteuerte Maschinen zur Verfügung stehen und so
die Maßhaltigkeit nicht in jedem Falle gewährleistet werden kann. Außerdem stellt der
Rahmen die tragende Konstruktion für alle weiteren Teile des Antriebsstrangs dar. Deshalb
erleichtert eine vorherige Fertigung des Rahmens die späteren Anpass- und Einbauarbeiten
des Antriebes erheblich.
Der Rahmen ist als typischer Leiterrahmen aufgebaut. Bildlich gesehen entspricht der
Rahmen von oben dem Aussehen einer Leiter, was auch seinen Namen bedingt. Die
Seitenteile des Rahmens sind mittels Distanzstücken beziehungsweise Traversen
untereinander verbunden und erhalten so ausreichend Festigkeit. Beim Original ergibt sich
außerdem der Vorteil, dass sich der Rahmen verwinden kann und so der Boden-Achs Kontakt
vor allem im Gelände gesichert ist. Bei dem Modell hat diese Eigenschaft eine
untergeordnete Bedeutung, da das Modell nicht schwer genug ist um den Rahmen zu
verformen.
Eine weitere Variante für den Rahmen wäre die Verwendung eines U-Profils mit der
passenden Breite. Diese Variante stellt die wesentlich einfachere dar, da hier lediglich
Durchbrüche für Getriebe und Motor eingebracht werden müssen. Allerdings ist diese
Variante nicht vorbildgetreu und bietet weniger Platz wenn man zum Beispiel einen
Hilfsrahmen mit Kippantrieb aufsetzen möchte.
Für die Seitenteile gibt es wieder mehrere Möglichkeiten: Die einfache, aber wesentlich
weniger vorbildgetreue Möglichkeit ist die Verwendung von fertigen U-Profilen. Diese haben
den Vorteil, dass sie relativ günstig und vor allem schnell verfügbar sind, außerdem ist eine
genaue Fertigung gewährleistet. Ein Nachteil ist das Fehlen von abgerundeten Ecken, welche
am Original vorhanden sind. Diese lassen sich aufgrund der Materialstärke auch am Modell
nur bedingt nachträglich darstellen. Die wesentlich kompliziertere, aber originalgetreuere
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Variante, ist das Kanten von Profilen. Der Unterschied zu den gekauften liegt hier in der
Herstellungsmethode. Bis zu einer bestimmten Größe werden Profile aus dem Vollen gefräst
oder extrudiert und nicht wie die selbst gefertigten aus einem Stück Blech gekantet.
Die Profile am Modellrahmen wurden gekantet, da dies besser aussieht und eine Kantbank
zur Verfügung steht. Der einzige Nachteil von den Profilen ist ihre geringe Größe, was keine
sehr genaue Kantung zulässt. Diese Ungenauigkeiten müssen nach dem eigentlichen Kanten
gerichtet werden, um eine glatte Auflagefläche für spätere Komponenten und den
Hilfsrahmen zu erhalten. Nachdem die Seitenteile fertig und alle benötigten Bohrungen
gesetzt wurden, kann mit der Fertigung der Verstrebungen begonnen werden. Diese wird
ebenfalls aus gekanteten Blechteilen hergestellt und gleichzeitig als Aufnahme für den
Motor und das Verteilergetriebe genutzt.
Den nächsten Schritt in der Planung und Fertigung des Antriebsstranges ist das
Verteilergetriebe. Hierbei gilt es die Motordrehzahl anzupassen, um eine realistische
Geschwindigkeit und ausreichend Drehmoment für das Modell zu erhalten. Des Weiteren
dient ein Verteilergetriebe dazu, die vom Motor und wenn vorhanden vom Schaltgetriebe
gelieferte Energie gleichmäßig auf Vorder- und Hinterachse zu verteilen. Die Hauptaufgabe
des Getriebes ist die Untersetzung der Motordrehzahl auf eine für den Antrieb des Modells
passende Drehzahl.
Die Übersetzung i gibt an, in welchem Verhältnis Eingangs- und Ausgangsdrehzahl
zueinander stehen. Dieses Verhältnis ergibt sich aus der Anzahl der Zähne der verwendeten
Zahnräder, dabei ergibt sich die Übersetzung i aus i=Anzahl der Zähne des angetrieben
Rades/ Anzahl der Zähne der treibenden Rades. Generell lässt sich Folgendes feststellen:
Ist Anzahl der Zähne an der Eingangswelle kleiner als die der Ausgangswelle, so
reduziert man die Anzahl der Umdrehungen und erhöht das Drehmoment. Die
Übersetzung i ist hier zum Beispiel i=3:1 oder i=3, die Anzahl der
Ausgangsumdrehungen wäre hier nur noch ein Drittel der Ursprünglichen.
Besitzen das treibende und das angetriebene Zahnrad dieselbe Zahnanzahl, so ist die
Untersetzung 1. Die Eingangsdrehzahl ist hier gleich der Ausgangsdrehzahl.
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Als dritter Fall kann die Anzahl der Zähne am treibenden Zahnrad größer der Anzahl
am getriebenen Zahnrad sein, so ist die Untersetzung beispielsweise i=1:4 oder
i=0,25. In diesem Fall ist die Ausgangsdrehzahl viermal so groß wie die
Eingangsdrehzahl, dafür reduziert sich das Drehmoment.
Koppelt man nun mehrere Getriebestufen, so multiplizieren sich die einzelnen
Übersetzungen iGesamt=i1*i2*i3*in.
Bevor man allerdings die genaue Drehzahl berechnen kann, muss man weitere Parameter
seines Antriebsstranges kennen. Zum einen spielen die gewünschte Drehzahl am Rad aber
auch die Übersetzung von gekauften Komponenten wie die Achsen eine Rolle. Auch die
Drehzahl der in Frage kommenden Motoren ist entscheidend, da hier meist nicht die
gewünschte Drehzahl, aber vor allem zu wenig Drehmoment zur Verfügung steht. Hierbei ist
eine höhere Drehzahl anzustreben, da dann durch die entsprechende Übersetzung mehr
Drehmoment entwickelt werden kann.
Für die Bestimmung der Übersetzung der gekauften Komponenten kann man entweder nach
Datenblättern recherchieren oder selbst die Umdrehungen zählen, um so die Übersetzung zu
bestimmen. Wählt man diesen Weg ergibt sich die i wie folgt: i=Drehzahl des treibenden
Rades: Drehzahl des angetriebenen Rades. Die einzige Übersetzung die am Modell durch
Kaufteile gegeben wird, ist die der Achsen.
Nachdem man die Übersetzung und damit die Anzahl der Zähne der Zahnräder kennt, kann
man passende Zahnräder suchen. Hier empfehlen sich Zahnräder im Modul 0,5, da diese
eine große Anzahl an Zähnen bei kleinerem Durchmesser besitzen aber trotzdem genug Kraft
für ein Modell dieser Größe übertragen können. Das Modul des Zahnrades gibt dabei die
Größe der Zähne des Zahnrades an. Es ergibt sich aus dem Quotient des Abstandes zweier
benachbarter Zähne und π.
Am Modell werden zwei Zahnräder von 20 und 60 Zähnen verwendet, um die Übersetzung
von i=60:20 also i=3 zu erhalten. Nachdem die Maße der Zahnräder bekannt sind, kann man
die Größe des Gehäuses und die Positionen der Bohrung bestimmen.
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Verteilergetriebe in der Detailansicht.
Farblich abgehoben die verschiedenen
Zahnräder. Das Verteilergetriebe ist so
aufgebaut, dass die Zahnräder die
Bundlager in den Bohrungen halten und
selbst von den Stirnplatten gehalten
werden. Die Abstandshalter sorgen für
einen ruhigen Lauf der Zahnräder.
Nach der Fertigstellung des Verteilergetriebes wird die Halterung hergestellt und die
Position im Rahmen bestimmt. Die endgültige Montage des Getriebes erfolgt erst nach dem
Einbau der Hinterachsen beziehungsweise der Pendelaufhängung. Erst danach kann man die
genaue Position der Mitnehmer und damit den Anstieg der Welle ermitteln. Dies ist
aufgrund der Fertigungsgenauigkeit nicht vom CAD-Modell aus möglich. Die Befestigung
wird mittels eines aus Aluminium gekanteten U-Profils realisiert. Ebenso wird der Motor
befestigt, dessen genaue Position auch erst später in Abhängigkeit vom Verteilergetriebe
festgelegt werden kann.
Als nächstes Bauteil wird die Hinterachsaufhängung gefertigt, damit der gesamte
Antriebsstrang ausgerichtet und montiert werden kann. Da der Lkw als Dreiachser geplant
ist, besteht die Möglichkeit die beiden Hinterachsen entweder einzeln oder gekoppelt mit
einer Pendelachse aufzuhängen. Diese bietet eine bessere Verschränkung, wohingegen die
Einzelradaufhängung etwas einfacher zu fertigen ist. Die Pendelachse bietet den Vorteil,
dass beide Achsen miteinander gekoppelt sind und so die Federung am Modell auch bei
geringerem Gewicht anspricht, da sich die Achsen gegenseitig verschieben können.
Im Gegensatz zur Einzelradaufhängung benötigt diese Aufhängungsart aber für jede Achse
eine Führung, welche durch Ober- und Unterlenker gewährleistet wird, da hier keine feste
Verbindung zwischen der Achse und den Federpaketen besteht. Um die Achse stabil und
trotzdem beweglich zu lagern werden die Ober- beziehungsweise Unterlenker in Form eines
Dreiecks befestigt. Die Spitze des Dreiecks bildet der Oberlenker, welcher für eine seitliche
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Führung sorgt. Das bedeutet, dass die Achse nicht nach links beziehungsweise rechts
schwenken kann und in der Mitte des Fahrgestells fixiert ist. Die Unterlenker übernehmen
die Führung der Achse um die vertikale Achse. Somit kann sich der Radstand nicht
verändern, da die Achse nicht vor und zurück bewegt werden kann. Kleine Bewegungen der
Achse lassen sich nicht verhindern, da bei der Auf- und Abbewegung der gesamten Achse
immer eine leichte Reduktion des Achsstandes bedeutet und eine Bewegung von nur einem
Rad eine leichte Schiefstellung. Diese Bewegungen sind allerdings durch die oben genannten
Maßnahmen stark reduziert und werden durch die Verwendung von Wellen mit
Längenausgleich im Antriebsstrang kompensiert. Eine ideale Verschränkung wird durch
kompakte Achsgehäuse und eine Parallelität von Ober- und Unterlenkern erreicht. Die
Federung der Pendelachse wird von Blattfeder übernommen, da diese auch eine Bewegung
beider Achsen nach oben zulassen. Das Ersetzen der Federung durch eine starre Wippe wäre
auch möglich, kommt aber eher beim Trial zum Einsatz und nicht bei Straßen- und
Geländefahrzeugen.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil sind die Achsen und deren Modifikation zur Verwendung
im Modell. Als Achsen werden Kaufteile verwendet, da hier solide und preislich
angemessene Modelle zur Verfügung stehen. Einziger Nachteil dieser Achsen ist ihre Größe,
da sie für den Maßstab 1:13 konzipiert wurden. Achsen für den Maßstab 1:16 in diesem
Preissegment sind nicht verfügbar. Die verwendeten Achsen bringen aber auch Vorteile mit
sich:
Die Achsen besitzen schon die benötigte Spurbreite und damit entfallen Anpassungsarbeiten
oder Adapter um diese zu vergrößern. Außerdem sind für diese Achsen verschiedene
Modifikationen verfügbar, welche ein Aufrüsten des Modells mit zum Beispiel
Differentialsperren ermöglichen.
Neben den Hinterachsen ist auch die Vorderachse eine wichtige Komponente. Hier ist kein
Kaufteil mit der passenden Spurbreite verfügbar, was eine Eigenfertigung nötig macht.
Allerdings ist es möglich, auch hier teilweise auf gekaufte Komponenten, wie Achsschenkel
und Blattfedern zurückzugreifen. Die groben Maße der gekauften Vorderachsen wurden als
Grundlage für eine verkürzte Eigenfertigung aus Aluminium genutzt. Diese wurde aus einem
massiven Aluminiumblock gefräst und per Hand nachgearbeitet. Für die Aufhängung der
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Vorderachse werden Blattfedern benutzt, welche keine weitere seitliche Führung benötigen.
Bei der Montage der Vorderachse ist auch die Position vom Lenkservo zu berücksichtigen.
Dieser wird am vorderen Ende des Rahmens angebracht, da dieser aufgrund seiner Maße
direkt in den Rahmen geschoben und fixiert werden kann. Der Servo sollte möglichst nahe
an der Vorderachse platziert werden, um beim Einlenken nach links und nach rechts gleiche
Lenkwege und gleiche Kräfte zu erhalten. Außerdem ist bei der Positionierung des Servo zu
beachten, dass die Spurstange gemäß dem Ackermann-Prinzip hinter der Achse sitzt. Das
Ackermann Prinzip sorgt mittels eines Lenktrapezes für eine ideale Ausrichtung der Räder.
Dabei zeigen die verlängerten Achsen des kurveninneren und des kurvenäußeren Rades auf
denselben Punkt. Durch den leicht größeren Einschlag des kurveninneren Rades kann der
bestmögliche Wendekreis genutzt werden.
Nachdem alle Komponenten, die am Hauptrahmen befestigt werden, angefertigt wurden,
müssen diese platziert werden. Hierzu empfiehlt sich zuerst die Ermittlung der Achsstände
am Original, um den Abstand zwischen der vorderen Achse und der Pendelachse ermitteln
zu können. Dieser beträgt im Original 3600mm und damit am Modell 225mm. Nachdem
diese Werte feststehen, kann die Hinterachse anhand des CAD-Modells ausgerichtet
werden. Die Vorderachse wird anschließend passend zur Hinterachse montiert und mit dem
Lenkgestänge und der Verbindung zum Servo versehen. Anschließend können das
Verteilergetriebe und der Motor platziert werden. Die Positionen sind zwar im CAD-Modell
ermittelbar, sollten aber noch einmal am Modell überprüft werden. Der Motor wird
ebenfalls am Verteilergetriebe ausgerichtet. Um dem Motor bestmöglichen Halt zu geben,
wird dieser an einer zusätzlichen Platte verschraubt. Diese wird genau wie das
Verteilergetriebe mittels aus Aluminium gekanteten Winkeln im Rahmen befestigt.
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Nachdem die Hauptkomponenten im Rahmen montiert sind, werden die
Befestigungsbohrungen für die Anbauteile, sofern deren genaue Position feststeht, gesetzt.
Damit wird einer Demontage des Rahmens wegen Platzproblemen aus dem Weg gegangen.
Als letzte Komponenten für ein funktionsfähiges Fahrgestell fehlen die Reifen und die
dazugehörigen Felgen. Die Felgen wurden anhand des CAD-Modells auf einer CNC-
Drehmaschine gefertigt. Zum Abnehmen der Maße wurde eine Felge des Radherstellers
genutzt. Diese Vorgehensweise stellt die Kompatibilität der einzelnen Komponenten
untereinander dar. Sie werden mittels eines M4 Gewindes direkt auf die Hinterachsen
geschraubt und mit einer selbstsichernden Mutter gekontert. Diese Vorgehensweise spart
Mitnehmer oder Stiftnuten in den Felgen und ermöglicht eine einfache Korrektur der
Spurbreite mittels Passscheiben. Bei der Vorderachse funktioniert diese Methode nicht, da
hier herstellerseitig starre Achsen vorgegeben sind. Die vorderen Felgen wurden deshalb auf
8mm aufgedreht, um sie mit zwei Kugellagern auszurüsten. Die Befestigung der Felge auf der
Achse übernimmt auch hier eine M4 Mutter, welche eine Unterlegscheibe auf die Felgen
presst. Auch an der Vorderachse ist eine Einstellung der Spurbreite durch Scheiben möglich.
Die Räder wurden ebenfalls als Kaufteile beschafft. Die aus einer weichen Gummimischung
bestehenden Räder sind nicht massiv gegossen. Verbunden mit dem Geländeprofil passen
sich die Räder gut an den Untergrund an und sorgen für ausreichend Bodenhaftung. Auf eine
originalgetreue Doppelbereifung der Hinterachsen wurde verzichtet, da aufgrund der
Pendelachse nicht genug Platz ist und bei einem schmalen Rahmen der Hilfsrahmen mit dem
Kippantrieb nicht mehr aufgesetzt werden könnte. Die Reifen sollten zur Vermeidung des
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Durchdrehens mit der Felge nach dem Anrauen verklebt werden. Dieser Schritt wird
allerdings erst nach dem Lackieren durchgeführt, um sich gegebenenfalls anfallende
Abklebearbeiten zu sparen.
2.2. Fertigung des Hilfsrahmens
Da das Modell ja einen funktionsfähigen Kippaufbau erhalten soll, muss ein Kippantrieb verbaut
werden. Hier bietet der Zubehörmarkt, je nach Geldbeutel, verschiedene Systeme an. Diese decken
von Hydraulik- bis Spindelantrieb alles ab. Die Kippfunktion wurde allerdings im Eigenbau realisiert
und deshalb als einfacher Spindelantrieb ausgeführt. Auch für einen Spindelantrieb gibt es mehrere
Möglichkeiten:
Die erste Möglichkeit wäre die Spindel in einer einfachen Hydraulikzylinder-Attrappe unterzubringen.
Diese Möglichkeit ist ästhetisch am besten. Sie benötigt aber viel Platz, da der Hydraulikzylinder
entsprechend groß sein muss, um die Spindel und gegebenenfalls den Motor unterzubringen. Es
bestünde auch die Möglichkeit, den Motor über ein Getriebe platzsparend im Rahmen
unterzubringen. Diese Möglichkeit ist aber nach Meinung des Verfassers für Vierachser oder
Sattelauflieger geeignet, da hier Komponenten der entsprechenden Größe untergebracht werden
können.
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Als zweite Variante kann man eine liegende Spindel einbauen, auf der eine Mutter läuft. An dieser
Mutter werden entsprechende Seitenteile angebracht, welche den Aufbau über ein Gegenstück an
diesem nach oben drücken. Allerdings ist hier die Realisierung eines Dreiseitenkippers schwer
möglich, da sich sonst die Konstruktion verbiegen würde. Nur mit einer aufwendigen Konstruktion
zum Ausgleich der Seitwärtsbewegung kann dies umgangen werden.
Die dritte Variante ist ähnlich der Zweiten, behebt aber die Schwierigkeiten bei der Realisierung eines
Dreiseitenkippers. Hier wird die auf der Spindel bewegte Mutter nicht direkt mit dem Aufbau
verbunden, sondern drückt über ein Gelenk gegen den Kippaufbau. Dieses kann auf dieser
Konstruktion je nach Kipprichtung rutschen, da keine feste Verbindung besteht.
Für das Lkw-Modell wird die dritte Variante Verwendung finden, da diese ohne einen großen
Werkzeug- und Maschinenpark zu fertigen ist und die Funktion eines Dreiseitenkippers zulässt. Das
größte Problem bei der Konstruktion mit einer horizontalen Spindel ist die Unterbringung des
Motors. Dieser sollte nach Möglichkeit in einer Ebene mit der Spindel liegen, um eine zusätzliche
Getriebeeinheit zu umgehen. Andererseits darf der Motor auch keine unter dem Hilfsrahmen
liegenden Bauteile, wie die Achsen, beeinflussen. Im Modell wird der Kippmotor im Heck installiert,
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da hier eine tiefere Montage im Hilfsrahmen möglich ist. Dies ist erforderlich, damit später der
Kippaufbau plan auf dem Hilfsrahmen aufliegt und nicht durch den Motor blockiert wird. Die Wahl
des Motors und der Spindel entscheidet sich nach Platz und gewünschter Kippgeschwindigkeit. Eine
langsame Kippgeschwindigkeit geht je nach Getriebemotor mit mehr Kraft einher, während eine
schnelle Kippgeschwindigkeit meist mit einem kompakteren Getriebemotor realisierbar ist, aber auch
weniger Kraft besitzt. Auch die Wahl der Spindel ist entscheidend: je größer die Spindel, desto
stabiler ist die Konstruktion und desto höher ist die Geschwindigkeit aufgrund der größeren Steigung
des Gewindes. Ein Nachteil ist der erhöhte Platzbedarf und die schwierigere Bearbeitung um die
Spindel für Mitnehmer beziehungsweise Lager passend zu gestalten. Im Modell wird eine M5 Spindel
Verwendung finden. Diese besitzt einen Durchmesser von ca. 5mm und eine Steigung von 0,8. Das
bedeutet, dass eine Mutter bei einer Umdrehung um 0,8mm bewegt wird.
Bei einer genutzten Länge des Gewindes von 115mm benötigt die Spindel rund 143 Umdrehungen.
Das lässt sich mit dem Zusammenhang Umdrehungen= Länge/ Steigung berechnen. Das würde
bedeuten, dass bei einer Zeit zum Zurücklegen der maximalen Distanz von 30 Sekunden, der Motor
eine Umdrehung von rund 286 pro Minute haben muss.
Nachdem man einen geeigneten Motor ausgewählt hat, muss man die Befestigung der Motor-
Spindel Einheit im Hilfsrahmen umsetzten. Hierzu ist zu beachten, dass der Hilfsrahmen auch eine
Abstützung und die Gelenke für den Kipper aufnehmen muss. Diese wurden erst als Halbwellen
geplant. Das bedeutet, dass eine Welle links und rechts vom Hilfsrahmen befestigt wird und mehr
Platz im Rahmen besteht. Aufgrund der erhöhten Stabilität und der Notwendigkeit, dass hintere
Gelenk zu drehen, wurden durchgehende Wellen verbaut. Diese sind in Röhrchen gelagert und
werden von beidseitig angebrachten Klemmringen in Position gehalten. Des Weiteren müssen die
Wellen links und rechts abgeschrägt werden, um auch die seitliche Kippfunktion zu ermöglichen. Die
Spindel wird so kurz wie möglich gehalten, um ein Durchbiegen des Materials bei hoher Belastung zu
vermeiden. Die Verbindung zum Motor wird über ein starres Kupplungsstück hergestellt, in welches
die einseitig abgeflachte Spindel eingeschraubt wird. Auf der anderen Seite wird die Spindel in einem
Gleitlager gelagert. Aufgrund der niedrigen Drehzahl ist diese Lagerung nicht unbedingt notwendig,
verbessert aber den Rundlauf. Der Lagerbock und der Motorhalter sind aus dickem 4mm Aluminium
gefertigt, um die Befestigungsgewinde in die Teile schneiden zu können. Diese Vorgehensweise
vereinfacht die Montage und vermeidet eine aufwendige Befestigung mit Winkelstücken. Gesichert
wird die Spindel von vorn mit einer M5 Mutter.
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2.3. Fertigung der Anbauteile und des Fahrerhauses
Das Fahrerhaus wird ebenso wie einige Anbauteile von einem Spielzeugmodell der Firma Bruder
verwendet. Die Produkte dieser Firma haben den Vorteil, dass sie nicht geklebt sondern nur mittels
verschiedener Haken und Ösen ineinander gesteckt sind. Diese Herstellungsmethode ermöglicht ein
Zerlegen des Modells in seine Einzelteile ohne diese zu beschädigen. Folgende Teile finden
Verwendung:
Das Fahrerhaus inklusive Inneneinrichtung. Der untere Teil des Fahrerhauses wird bearbeitet
und gekürzt, um eine Baustellenstoßstange aufnehmen zu können. Diese Modifikationen
verkürzen das Fahrerhaus und erhöhen so die Bodenfreiheit und den Böschungswinkel des
Modells.
Der Auspufftopf. Dieser wird lediglich verschlossen und mit einer neuen Befestigung
versehen, da dieser im Ausgangsmodell nicht rundum geschlossen ist.
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Keine Verwendung finden Teile wie der Batteriekasten und die Druckluftkessel, da diese stark
vereinfacht dargestellt sind. Diese Teile werden wie der Tank und der Staukasten selbst gefertigt.
Für die Anbauteile und die Erweiterung der Karosserie werden verschiedenen Materialien
verwendet. Die Hauptmaterialien stellen Kunststoff-, Messing- und Aluminiumprofile dar. Der
Kunststoff hat den Vorteil, dass er sich leicht bearbeiten lässt und mit Sekundenkleber auf fast allen
verwendeten Materialien hält.
Die Anbauteile übernehmen neben der dekorativen Funktion auch die Elektronik für die Beleuchtung.
Dafür wurden Staukasten und Tank hohl aufgebaut und mit einem Einschub versehen. Diese
Vorgehensweise ermöglicht eine sichere Befestigung der Platinen und gleichzeitig eine schnelle
Demontage für Wartungsarbeiten.
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Als weitere Anbauteile wurden die Kotflügel gefertigt. Diese bestehen aus Messing und
Bonbondosenblech. Dieses hat schon den richtigen Radius und entsprechende Festigkeit durch den
Deckelfalz. Außerdem lässt sich das Material sehr gut löten. Zur Befestigung am Rahmen wurden
entsprechende Messingröhrchen und Messingwinkel zur Aufnahme der Rückleuchten angelötet.
Ein weiteres selbstgefertigtes Teil ist die Baustellenstoßstange: Als Basis hierfür diente die
aus 8mm Holz ausgesägten Umrisse. Diese wurden vorne und teilweise hinten mit Plastik
verkleidet, um die Konturen und Vertiefungen besser herausarbeiten zu können. Die runde
Form wurde beigeschliffen, größere Aussparungen wurden mit der Säge eingearbeitet.
Anschließend wurde die Stoßstange grundiert, um Fehlstellen besser sehen zu können. Die
sichtbar gemachten Fehlstellen wurden mit Spachtel verschlossen.
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Die nachfolgenden Bilder zeigen die Reihenfolge
der Stoßstangenfertigung. Die Verglasung der
Lampen wurde aus Plexiglas mit passendem Radius
gefertigt, der Rahmen mit Klebefolie aufgebracht.
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2.4. Lackierung und Montage
Bei der Farbwahl am Modell gibt es unzählige Möglichkeiten, gleiches gilt für die Art der
Farbe. Das Modell wird nicht gestrichen sondern lackiert, um einen gleichmäßigen
Farbauftrag zu erhalten.
Vor dem eigentlichen Farbauftrag werden die Teile grundiert und wenn nötig mit
Spritzspachtel also Filler behandelt. Dies ist bei Teilen mit unebener Oberfläche nötig, um
diese zu glätten. Bei großen Lücken oder einer sehr rauen Oberfläche ist ein vorheriges
Spachteln nötig, da Spritzspachtel nur ein begrenztes Füllvermögen besitzt und nur kleine
Fehler kaschiert. Vor der Grundierung von Metallteilen empfiehlt es sich diese anzuschleifen,
um entstandene Korrosionsschichten zu entfernen und die Haftung der Farbe zu verbessern.
Die Hauptfarben des Modells in Rot und Schwarz wurden per Spraydose aufgetragen, um
gleichmäßige Farbflächen zu ermöglichen, Nacharbeiten zur Korrektur von Lackschäden
wurden per Pinsel ausgeführt.
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Im nebenstehenden Bild sind noch einmal die
verwendeten Farben abgebildet. Bei der linken
Dose handelt es sich um die Grundierung zur
Egalisierung kleiner Unebenheiten und
Oberflächenfehler.
2.5. Einbau der elektronischen Komponenten
Nachdem alle mechanischen Grundkomponenten in das Modell eingebaut wurden, kann mit
der Elektronik fortgesetzt werden. Da das Modell ein Funktionsmodell werden soll, sind
neben dem normalen Fahren und Lenken weitere Funktionen geplant:
Das Modell benötigt einen Fahrregler, um die im Hilfsrahmen eingebaute Kippspindel
zu betreiben. Dieser wird außerdem über ein Endabschaltmodul angesteuert um
Schäden an der Spindel und am Kipper durch Bedienfehler zu vermeiden.
Das Modell soll mit einer Beleuchtung bestehend aus Blinkern, Brems- und
Rückfahrlicht und Abblend- beziehungsweise Rücklicht, ausgestattet werden. Um
diese verschiedenen Funktionen zu realisieren sind diverse Platinen und
fernsteuerbare Schalter nötig.
Die größte Schwierigkeit beim Einbau der elektronischen Komponenten stellt der Platz dar,
welcher im Gegensatz zu einem geordneten und zu Wartungszwecken modularen Aufbau
steht. Der Hauptteil an großen Komponenten wie Fahrtenregler, Akku und Empfänger
werden im Fahrerhaus untergebracht, da hier der meiste Platz zur Verfügung steht.
Komponenten für die Lichtfunktionen werden in den Staukasten und den Tank ausgelagert,
welche bereits für diesen Zweck vorbereitet wurden.
Zuerst stellt sich die Frage nach der Fernsteuerung. Hier kann man im Wesentlichen nach
zwei Kriterien unterscheiden: dem Frequenzbereich und der Art der Fernsteuerung. Der
Frequenzbereich wird in vier Gruppen aufgeteilt: 27Mhz, 35MHz, 40MHz und 2,4GHz, wobei
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der 35-Megahertz-Bereich der Modellfliegerei vorbehalten ist. Bei den ersten drei
Frequenzbereichen ergibt sich ein Hauptnachteil: würden alle Fernsteuerungen auf diesem
Frequenzband senden, so wäre keine Steuerung des Modells mehr möglich, da sich die
Signale überlagern würden. Um dies zu umgehen, wurden die einzelnen Frequenzbereiche,
auch Frequenzbänder genannt, nochmals in Kanäle eingeteilt. Diese werden mittels eines
Quarzpaares gesteuert. Hierbei benötigen der Empfänger und der Sender dasselbe Paar um
eine Funkverbindung herstellen zu können. Es empfiehlt sich trotzdem mehrere Quarzpaare
zur Verfügung zu haben, da es auch hier im Fall einer gleichen oder ähnlichen genutzten
Frequenz zu Störungen der Funkverbindung kommen kann.
Um diese Überlagerung von Frequenzen und deren Überlagerung zu umgehen, kann man auf
die 2,4 Gigahertz Technologie zurückgreifen. Die Besonderheit ist hier, dass Sender und
Empfänger eindeutig zugeordnet sind und nach der Aktivierung eigenständig eine freie
Frequenz in einem vorgegebenen Spektrum suchen. Nachteile ergeben sich aus der sehr
hohen Frequenz, welche die Einschränkungen des Senders durch Funkschatten erhöht.
Außerdem ist die Reichweite bei älteren Modellen durch die in Deutschland limitierte
Ausgangsleistung beschränkt. Beide Punkte sind aber für Modelle am Boden eher
uninteressant, da hier die Entfernung zwischen Modell und Bediener und dadurch auch die
Gefahr von Störungen gering bleibt. Auch bei diesem Modell wird eine 2,4-GHz-
Fernsteuerung Verwendung finden, da diese Störungen durch andere Anlangen ausschließt.
Man kann Fernsteuerungen auch nach der Art des Senders einteilen. Hier unterscheidet man
in klassische Fernsteuerungen und Computerfernsteuerungen. Klassische Fernsteuerungen
bieten meist sehr wenig Einstellmöglichkeiten: man kann die Kanäle umkehren, das
bedeutet man ändert die Laufrichtung des angesteuerten Bauteils. Bei modernen Modellen
kann man den Ausschlag zu beiden Seiten symmetrisch begrenzen, was bedeutet, dass ein
angesteuertes Bauteil trotz maximalem Ausschlag an der Fernsteuerung nur bis zu einer
bestimmten Leistungsgrenze > oder < 100% ausschlägt. Diese Einstellmöglichkeiten sind
meist per Schalter oder Drehpoti realisiert und besitzen keine Visualisierung über ein
Display. Im Gegensatz dazu bieten Computerfernsteuerungen eine Vielzahl an
Einstellmöglichkeiten und ein Display, welches die Handhabung erheblich verbessert. So
kann hier, neben dem Umkehren der Kanäle, auch der Ausschlag für beide Seiten
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verschieden begrenzt oder ein Mischer hinzugefügt werden. Dies ist vor allem für die
Lenkung von Kettenfahrzeuge oder die Steuerung von Flugmodellen interessant.
Einstellmöglichkeiten einer klassischen
Fernsteuerung
Einstellung per Bildschirm an einer
Computerfernsteuerung
Am Modell wird eine Computerfernsteuerung mit 2,4 GHz verwendet, da diese gute
Einstellmöglichkeiten und einen störungsfreien Empfang bietet.
Als Fahrtenregler wird ein bereits vorhandenes Produkt verwendet. Dieser wurde nur zu
Testzwecken genutzt, um die Leistung des eingebauten Motors zu ermitteln. Da sich diese
allerdings als zu gering erwiesen hat, wurde kein neuer Fahrtenregler beschafft sondern ein
neuer Motor mit dazugehörigem Regler. Weitere Informationen dazu folgen in Abschnitt
3.2.1. Upgrade des Modells mit einem Brushless-Motor.
Für den Kippantrieb wurden ein kompakter Fahrtenregler und ein Endabschaltermodul
verbaut. Das Endabschaltermodul unterbricht den Kontakt zum Fahrtenregler sobald ein
Endabschalter betätigt wurde. Es ist nur noch möglich den Regler in die entgegengesetzte
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Richtung zu bewegen, da dieses Signal nicht unterbrochen wird. Hierdurch wird ein zu
weites Absenken der Kipphebel und damit eine Beschädigung dieser oder der Spindel
vermieden.
Im nebenstehenden Bild sieht man den
Endabschalter (links) und das
Endabschaltermodul.
Der letzte wichtige Abschnitt ist die Beleuchtung des Modells. Hier kommen LEDs
verschiedener Größen und Farben zum Einsatz. Für die Heckbeleuchtung werden
ausschließlich 3mm LEDs verwendet, da diese ausreichend hell sind und aufgrund ihrer
geringen Größe besser eingebaut werden können, ohne dass das Lampengehäuse
unrealistisch groß wird. Für die Frontbeleuchtung und die Blinker kommen sowohl 3mm als
auch 5mm LEDs zum Einsatz. Durch die besseren Platzverhältnisse ist es möglich zwei 5mm
LEDs pro Seite als Frontlicht zu installieren, außerdem wurden noch zusätzliche 3mm LEDs
für Frontlicht und Blinker verbaut. Die Verwendung von LEDs im Gegensatz zu Glühbirnen
ermöglicht eine wesentlich höhere Lichtausbeute bei kompakterer Baugröße. Die Regelung
der Spannung der LEDs, welche zwingend erforderlich ist, da LEDs empfindlich auf zu große
Spannung reagieren, wird über Widerstände realisiert. Der benötigte Widerstand lässt sich
wie folgt berechnen:
𝐕𝐨𝐫𝐰𝐢𝐝𝐞𝐫𝐬𝐭𝐚𝐧𝐝 =𝐀𝐮𝐬𝐠𝐚𝐧𝐠𝐬𝐬𝐚𝐩𝐚𝐧𝐧𝐮𝐧𝐠 − 𝐁𝐞𝐭𝐫𝐢𝐞𝐛𝐬𝐬𝐚𝐩𝐧𝐧𝐮𝐧𝐠
𝐒𝐭𝐫𝐨𝐦 𝐝𝐞𝐫 𝐋𝐄𝐃
Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung des Vorwiderstandes sind Internetseiten wie
www.LED-rechner.de. Nachdem der genau benötigte Widerstand berechnet wurde, muss
man bei entsprechenden Händlern Widerstände suchen. Dabei empfiehlt es sich den
benötigten Wert auf den nächsten verfügbaren Widerstand aufzurunden, um einen
gewissen Sicherheitsbereich zu gewährleisten. Um die eingebaute Elektronik vor allem für
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die Beleuchtung am Fahrzeugheck übersichtlich zu gestalten, empfiehlt es sich kleine
Platinen zu fertigen, auf welche entsprechende Widerstände und Stecker gelötet werden.
Man sollte auch immer die Wartungsfreundlichkeit im Auge behalten also darauf achten,
dass alle Stromkabel per Steckverbindung trennbar und so in einzelne Abschnitte zerlegbar
sind. Um diese Modularität und eine geordnete Verlegung der Kabel zu ermöglichen,
wurden alle wichtigen elektronischen Bauteile wie Widerstände und Klemmleisten auf
Platinen untergebracht. Loch- oder auch Experimentierplatinen bieten die Möglichkeit,
Bauelemente mit einem variablen oder geeigneten Rastermaß, also dem Lochabstand,
platzsparend und stabil zu montieren. Platinen wurden für die Stromversorgung der
Beleuchtung vorn und hinten sowie die Befestigung der vorderen Beleuchtung an der
Stoßstange genutzt.
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Nach dem Einbau der Elektronik empfiehlt sich eine vereinfachter Schaltplan, um den
Überblick zu behalten. Dieser wurde im Anhang beigefügt.
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3.Test des Modells und Fazit
3.1. Test der Eigenschaften des Modells
Um zu überprüfen, inwieweit die zu Beginn geplanten Eigenschaften des Modells erreicht
wurden werden, verschiedene Test am fertigen Modell durchgeführt. Dazu zählen:
Zugkraft
Verschränkung der Achsen
Bodenfreiheit
Steigfähigkeit
Die zu testenden Punkte erlauben eine grobe Aussage über die Geländegängigkeit des
Modells und über vorhandene Schwachstellen. Die Zugkraft des Modells wird mittels eines
Federkraftmessers ermittelt. Das Modell sollte für diesen Test mit zusätzlichem Ballast
beschwert werden, um Ladung zu simulieren und die Last auf den Achsen und damit die
Haftung der Reifen zu erhöhen. Diese Messung ist nicht exakt, zeigt aber grob die zu
erwartende Zugkraft an.
Versuchsaufbau zur Zugkraftbestimmung.
Das Modell besitzt mit einem diversen Zusatzgewichten verschiedene Zugkräfte:
Ballast in kg 0 0,5 1 1,5 2 3 4 5
Zugkraft in N 5 5 6 nicht
gezogen
nicht
gezogen
nicht
gezogen
nicht
gezogen
nicht
gezogen
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Auch die Verschränkung der Achsen ist sehr wichtig für ein Baustellenfahrzeug, welches
geländegängig sein sollte. Für die Messung der Verschränkung ist es wichtig, dass alle Räder
die Erhöhung beziehungsweise den Boden berühren, damit die Differentiale nicht greifen
und ein weiterer Antrieb des Modells möglich ist. Bei diesem Test ist nicht entscheidend, ob
das Modell das Hindernis aus eigener Kraft erreichen kann, sondern lediglich um die
Ermittlung der Maximalwerte.
Durch die Verschränkungstests ergeben sich folgende Werte:
maximale Verschränkung der Vorderachse: 13mm (ein Rad am Boden)
maximale Verschränkung der Pendelachse längs: 10mm (eine Achse am Boden)
maximale Verschränkung der Pendelachsen quer: 15mm (je ein Rad am Boden)
Die Bodenfreiheit gibt den Abstand von tief liegenden Bauteilen am Modell zum Boden an.
Sie ist wie die Verschränkung entscheidend für das Überqueren von Hindernissen ohne dass
die Räder den Bodenkontakt verlieren. Ist die Bodenfreiheit zu gering, sitzt das Modell auf,
das bedeutet es verliert den Bodenkontakt an Vorder- oder Hinterachse. Die Bodenfreiheit
unter der Vorderachse liegt bei 22mm, der unter den Hinterachsen bei 15mm und der unter
dem Verteilergetriebe bei 25mm.
Die Pfeile zeigen die jeweils gemessenen
Abstände.
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Der letzte zu testende Punkt ist die Steigfähigkeit. Hierzu wird das Modell eine geneigte
Ebene erklimmen. Die maximale Steigfähigkeit ist erreicht, wenn das Modell nicht weiter
vorwärts fährt. Das Modell kann eine Steigung von 45 Grad oder 100 Prozent erreichen, das
ist aufgrund des günstigen Schwerpunktes und des geringen Gewichts des Modelles möglich.
Das Original könnte diesen Wert nicht erreichen.
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3.2. Einschätzung der Leistung und Verbesserungsmöglichkeiten
Die zu Beginn gestellten Forderungen an das Modell waren gute Eigenschaften im Gelände
sowie vorbildgetreues Aussehen und Funktion. Die Forderungen nach guten Eigenschaften
im Gelände wurden erfüllt, ebenso wie die nach Sonderfunktionen und Aussehen. Ein
Problem ergibt sich bei der Pendelachse, da hier die Federwege wesentlich größer ausfallen
könnten. Eine Verbesserung dieser würde allerdings Durchbrüche im Rahmen benötigen und
damit eine Schwächung hervorrufen. Um dies zu vermeiden, wurden die relativ geringen
Federwege in Kauf genommen. Diese werden auch zum Teil durch die Vorderachse und
durch die generelle Auslegung als Pendelachse kompensiert.
Ein wesentlich schwerwiegenderes Problem ist die unzureichende Motorleistung. Diese kann
man entweder durch ein Umrüsten der Bordspannung auf 12V oder durch einen Austausch
des Motors beheben. Im konkreten Fall wird der Bürstenmotor gegen einen wesentlich
effizienteren und leistungsstärkeren Brushless-Motor ausgetauscht. Diese Motorbauart wird
auch als bürstenloser Gleichstrommotor bezeichnet. Der bürstenlose Motor zeichnet sich
durch eine elektronische Umkehr der Stromrichtung im Gegensatz zur herkömmlichen
mechanischen aus. Hierdurch entfallen die Schleifkontakte und somit reduziert sich der
Wartungsaufwand. Gleichzeitig fließt ein drei-phasiger Strom in den Wicklungen des Motors,
welcher einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht. Dieser Strom läuft über den
elektronischen Regler mit dem Magneten mit und treibt diesen so an.
Der Brushlessmotor wird einfach an der
vorhandenen Montageplatte angeschraubt.
Dies ist möglich, da es sich um einen Motor
derselben Baugröße handelt und dieser
dieselben Bohrungen besitzt.
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Der Brushless-Regler, gut zu sehen die Kabel
vom Akku in Schwarz und Rot und die drei
Kabel zum Motor in Orange, Blau und Gelb.
Diese Brushless-Motoren sind in zwei verschiedenen Bauarten verfügbar: Innenläufer und
Außenläufer. Beim Innenläufer befindet sich der Rotor im Inneren und der Stator stellt die
Außenwand dar. Im Prinzip entspricht dieser Motor dem klassischen Elektromotor. Beim
Außenläufer ist die Anordnung von Rotor und Stator vertascht. Außenläufer besitzen oft eine
kompaktere Bauform und mehr Leistung. Allerdings ist die sich drehende Außenhülle vor
allem bei engen Platzverhältnissen hinderlich, da sich hier zum Beispiel Kabel verfangen
können. Die Motorbauart mit drei-phasigem Strom benötigt auch einen anderen Regler, da
dieser die elektronische Umkehr der Stromrichtung und das Nachlaufen des Stroms regeln
muss. Bei Brushlessreglern gibt es Regler, welche nur in eine Richtung laufen können,
sogenannte Flugregler. Diese sind für Lkw-Modelle ungeeignet. Hier sind Regler erforderlich,
welche sowohl vorwärts als auch rückwärts ansteuern können. Diese sind bauartbedingt
etwas größer und somit schwieriger unterzubringen.
Nach diesem Umbau wird erneut die Zugkraft gemessen, um die Leistungssteigerung
festzustellen. Hierzu wird der Lkw erneut mit Ballast beschwert:
Ballast in kg 0 0,5 1 1,5 2 3 4 5
Zugkraft in N 10 10 12 14 20 24 24 25
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3.3. Fazit
Die Herausforderungen, welche die BeLL mit sich gebracht hat, waren am Anfang nicht
absehbar. Selbst bei der Formulierung des konkreten Themen und des Forderungskataloges
war dem Verfasser nicht bewusst, welche Ausmaße und Aufwendungen sowohl bei der
theoretischen Betrachtung, als auch bei der praktischen Umsetzung zu bewältigen sind.
Faktisch lagen nur Fragmente von Bauplänen eines MAN LKW vor, welche von MAN zur
Verfügung gestellt wurden. Diese Pläne mussten, mit vielen weiteren Informationen, in ein
CAD Programm eingepflegt werden. Dafür wurden umfangreiche Vermessungsarbeiten an
Originalen durchgeführt, um maßstabsgerechte Proportionen zu erhalten.
Die Entwicklung dieser theoretischen Grundlage als Ausgangspunkt war ein wichtiger
Meilenstein der BeLL.
Die anschließende Umsetzung in ein Modell, hergestellt aus den verschiedensten
Materialien, der ständige Soll –Ist- Vergleich und die Abweichungen, welche zwangsläufig
gemacht werden mussten, sind ein Beleg für die dynamische Weiterentwicklung des
Projektes während des Aufbau des Modelles.
Die eigentliche Herausforderung war die ständige Wechselbeziehung zwischen Theorie und
Praxis. Zugleich war diese Herausforderung die Motivation für diese BeLL.
Zusammenfassend möchte ich persönlich das Modell als gute Umsetzung der gestellten
Anforderungen betrachten. Die Planung und Fertigung, sowie die vorgenommenen
Verbesserungen und Veränderung der theoretischen Ansätze während der Herstellung
wurden gelöst.
Das funktionsfähige Modell basiert auf einer Vorhabendefinition, der Implementierung und
Ausgestaltung innerhalb des CAD Programmes und der Umsetzung im Rahmen der zur
Verfügung stehenden Werkzeuge und Materialien.
Das Modell erfüllt die Anforderungen an ein funktionsfähiges Modell mit den in der BeLL
beschriebenen Eigenschaften. Die Geländefähigkeit des Modells im Rahmen seines
Einsatzspektrums als Baustellenahrzeug wurde durch Tests bestätigt. Lediglich für
weitreichendere Fahrten auf unbefestigten Grund ist die Geländefähigkeit noch weiter
ausbaufähig.
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4. Quellen
Onlinequellen
1) Definition CAD: Dr. Markus Siepermann; 10.12.15
http://wirtschaftslexikon.gabler.de/Definition/cad.html
2) Berechnung Übersetzungsverhältnis: H. Huppertz; 10.12.2015
http://www.kfz-tech.de/Formelsammlung/Uebersetzungsverhaeltnis.htm
3) Berechnungen zu Zahnrädern: 10.12.2015
http://www.tmoells.de/downloads/Zahnradberechnung.pdf
4) Ackermann-Lenkung: Hans-Gerd Finke; 10.12.2015
http://www.urlaub-und-hobby.de/metallbaukasten/so09dt.html
5) Angaben zu ISO-Gewinden: Frank Hafner; 10.12.2015
http://www.frank-hafner.de/tipp/iso-gewinde.html
6) Frequenzen im Modellbau: Fabian Simon; 10.12.2015
http://www.modellbau-fernsteuerung.de/frequenzen/modellflug-modellbau.php
7) 2,4GHz Technik: Klaus Westerteicher; 10.12.2015
http://www.acteurope.de/html/2_4_ghz_technik.html
8) Vorwiderstand für LEDs berechnen: Patrick Schnabel; 10.12.2015
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1006011.htm
9) Funktionsweise Bürstenloser Gleichstrommotor: www.w-tech.de; 10.12.15
http://www.servotechnik.de/fachwissen/motoren/f_beitr_00_305.htm
Literaturquellen
1) VTH Fachbuch: Arnd Bremer, Milan Buhmann: Modell-Truck-Trial; 2009
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5. Anhänge
Übersicht elektronische Komponenten
Originalplan MAN TGS
Seiten- und Frontansicht (abgeleitet vom CAD-Modell)
div. Ansichten zur Felge
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Fahrtenregler
(Fahrmotor), mit
Stromversorgung
5V
Akku,
7,4V
Fahrtenregler
(Kippmotor), ohne
Stromversorgung
Fahrmotor,
Brushless
Kippmotor
Baustein für
Blinker
Baustein für
Brems- und
Rückfahrlicht
Elektronischer
Schalter für Front-
und Hecklicht
Endabschalter Endabschalter-
modul
Blinker
Rückfahrlicht
Blinker Blinker
Rückfahrlicht
Bremslicht Bremslicht
Rücklicht Rücklicht
Blinker
Frontlicht Frontlicht
Empfänger
(2,4GHz),
ausgelegt für 5V
Stromleitung 7,4V Stromleitung 5V Steuerleitung Stromzufuhr Blinker Stromzufuhr Front-/ Hecklicht Stromzufuhr Brems-/ Rückfahrlicht
Übersicht elektronische Komponenten