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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