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  • Malte @ Küstenvan

Küstenvan DIY - Roof-Rack - Dachlasten und Technik T5 bis T6.1

Aktualisiert: 23. Sept. 2022

Dachlasten Volkswagen T5, T6 und T6.1

Quelle: Volkswagen Nutzfahrzeuge – Aufbaurichtlinien-Ausgabe November 2018


Angefangen bei das Basis dem Fahrzeug, muss man erstmal beachten welche Dachlast ein Fahrzeug hat. Viele Nutzfahrzeughersteller stellen meist Aufbaurichtlinien bereit, die für Aufbauhersteller gedacht sind. Aufbauhersteller sind Firmen, die zum Beispiel Nutzfahrzeuge zu Einsatzfahrzeugen umbauen. Aber auch Campingfahrzeugausbauer gehören dazu.


In meinem Fall interessiert aber nun die Aufbaurichtlinie für den Volkswagen Transporter und nachfolgend einmal die Daten im Überblick.



Dynamische Dachlasten (bei Fahrt)

Fahrzeugtyp

max. Dachlast

Fahrzeuge mit Normaldach ( ≥ 3 Grundträgern)

150 kg

Fahrzeuge mit Normaldach (mit 2 Grundträgern)

100 kg

Eine Dachlasterhöhung auf bis zu 300 kg ist theoretisch auch möglich, jedoch wird hier vorgegeben, dass dann mehr als 8 Fixpunkte im Fahrzeugdach vorhanden sein müssen! Bei einem Fahrzeug mit C-Schiene wären weitere Stützen (mehr als 8) des Dachträgers einfach umsetzbar.


Aber wenn man mal ehrlich ist, dann sind 150 Kg auf einem Dachträger bei Fahrt schon eine ganze Menge und für sehr viele Vanlifer schon ausreichend. Selbst wenn man sich die 300 Kg dynamische Dachlast ermöglicht, hat das enormen Einfluss auf den Schwerpunkt des Fahrzeuges und somit verschlechtert sich das Fahrverhalten bei Kurvenfahrt und unebenen Strecken.



Statische Dachlasten (im Stand)


Hier ist nun aber die gute Nachricht für Dachterrassen- und Dachzeltenthusiasten

Im Stand geht also deutlich mehr als 150kg. Hier gibt Dachträgerkonstruktion aus Aluprofilen das Limit vor. Zumindest interpretiere ich das in den Satz der nachfolgenden Ausbaurichtlinien.

"Die statischen Dachlasten bei stehendem Fahrzeug (z.B. Dachzelt) sind höher anzusetzen. Die Befestigungen sind entsprechend auszulegen."

 

Belastbarkeit Aluprofile 30er Raster Typ-B - Nut 8


Grundsätzlich gilt zu beachten, dass man die Last immer gleichmäßig auf die gesamte Fläche des Dachträger verteilen soll. Die größte Kraft wirkt auf ein Aluprofil, wenn eine Person auf den Streben balanciert. Hier kann man direkt schon sagen, dass ein 30x30 Aluprofil durchbiegt, aber sich nicht bleibend verformt. Das heißt also, man kann sich zumindest mal ausrechnen, wie sehr das Profil bei einer Person (z.B. 75Kg) durchbiegt.


Berechnung am Beispiel 30x30 Aluprofil mit 1360mm Länge und 75Kg (735N) Person


Die Querstrebe würde nun 20mm durchbiegen, wenn man sich mit 75Kg genau in die Mitte stellt.


Wenn man die 75 Kg gleichmäßig auf einer Länge von 1360mm verteilt (Streckenlast), so würde die Querstrebe maximal 10mm durchbiegen.


Wie man also sieht, sollte das Gewicht einer Person auch beim Begehen des Trägers, verteilt werden. Bei einer Dachterrasse ist das der Fall.


Mit nachfolgenden Daten könnt ihr auf der Seite Maschinenbau-FH selber mal eure Längen berechnen lassen.

Eigenschaften 30x30 Aluprofil

  • Trägheitsmoment I : 27500 mm

  • E-Modul Alu E : 70000 N/mm²


Eigenschaften 30x60 Aluprofil

  • Trägheitsmoment I : 51700 mm

  • E-Modul Alu E : 70000 N/mm²


 

Verbindungstechnik am Dachträger (Querstreben)


Um die Querstreben nun im Dachträgerrahmen zu befestigen, habe ich bereits so ziemlich alle Verbindungsmöglichkeiten ausprobiert. Als praktikabel haben sich aber nur zwei Varianten erwiesen. Im Vergleich zwischen Verbindungsplatten und Innenwinkeln, bin ich letztendlich bei nur einer Lösung hängen geblieben.


Meine Empfehlung geht deshalb ganz klar Richtung Innenwinkel.




Verbindungsplatten

+ Einfache und zuverlässige Montage

+ Kostengünstig (Entfall einiger Profilbearbeitungen)

+ Querstreben lassen sich nachträglich nach oben aus dem Rahmen nehmen

- Verbinderplatten tragen 3mm auf





Innenwinkel

+ Einfache und zuverlässige Montage

+ Kostengünstig (Entfall einiger Profilbearbeitungen)

+ Sehr stabil (empfohlen bei 30x60 Querstreben)

- Querstreben lassen sich nur entfernen, wenn der ganze Dachträgerrahmen geöffnet wird.




Der Hersteller gibt auf Scherbelastung pro Innenwinkel 2200 N (224 kg).

Bei vier Innenwinkeln pro Querstrebe, müssen also knapp 900 KG aufgebracht werden, um diese zu verschieben.

 

Festigkeit der Schraubverbindungen

Verzinkter Stahl oder Edelstahl?


Für die Schraubverbindungen nutze ich eine Kombination aus verschiedenen Stahlsorten.


Die Schrauben sind meist an der Front (Oberfläche), weshalb ich hierfür Edelstahl (A4-70) bevorzuge.


Da das Einschrauben von Edelstahlschrauben in Edelstahlmuttern, bei zu hohem Drehmoment, meist zur Kaltverschweißung (Fressen) führt, halte ich die Verwendung von Hammermuttern und Gewindeplatten aus verzinktem Stahl für sinnvoller.


Verzinkter Stahl rostet zwar recht schnell, jedoch sind die Hammermuttern in der Nut der Aluprofil versteckt und sind so nicht direkt der Witterung ausgesetzt. Gleiches Spiel mit den Gewindeplatten, welche in der C-Schiene verschwinden.


Im Fahrzeugbau sollte man Edelstahl nur bedacht einsetzen, da dieser über eine geringere Festigkeit verfügt. Dafür rostet Edelstahl nicht und ist gerade für den Außenbereich interessant.


Hier mal die Streckgrenzen auf Zug im Vergleich


Stahl 8.8: 640 N/mm² - bedeutet für M6 Schraube 12.900 N (1300 Kg)

Edelstahl A4-70: 450 N/mm² - bedeutet für M6 Schraube 9045 N (920 Kg)


Die Streckgrenze gibt die Grenze an, bis zu der Werkstoffe bei einachsigem und momentfreiem Zug ohne bleibende plastische Verformung „gestreckt“ bzw. gedehnt werden können.


Für meinen Dachträger nutze ich vorzugsweise Schrauben mit einer speziellen Kopfform, da diese flacher sind und sich in den Eckverbindern auf engem Raum einsetzen lassen. Auch ist der Kopf im Durchmesser größer und somit zur Anwendung auf lackierten Oberflächen ohne Unterlegscheibe geeignet. Zudem dichten diese Schrauben perfekt ab, sodass kein Wasser durch die Schraubverbindung in das Fahrzeug eindringen kann.


Leider bekommt man diese Vorteile nicht geschenkt, ohne etwas anderes zu opfern.


Für die Flachkopfschraube nach ISO 7380 und Flachkopfschraube mit Flansch nach ISO 7380-2 gibt es leider eine Einschränkung. Gemäß der Norm (ISO 7380 Punkt 4, Tabelle 3) liegt die die Grenze bei 80% der in ISO 898-1 und ISO 3506-1 festgelegten Werte.


Kurz gesagt: Man kann die oben aufgeführten Werte x 0,8 rechnen und landet somit bei folgenden Werten.


Stahl 8.8: 512 N/mm² - bedeutet für M6 Schraube 10291 N (1049 Kg)

Edelstahl A4-70: 360 N/mm² - bedeutet für M6 Schraube 7236 N (723 Kg)


Selbst wenn ich nun noch 2-fache Sicherheit annehme und mit 350 Kg pro Edelstahlschraubverbindung rechne, habe ich bei 8 Winkeln pro Dachträger, 28900 N (2800 Kg) Streckgrenze in den Schrauben.


Edelstahl hat nun die geringere Festigkeit, ist aber für die Anwendung auf dem Fahrzeugdach ausreichend. Somit nehme ich lieber die rostfreien Eigenschaften mit.


Des Weiteren empfehle ich die Verwendung von TORX. Der Innensechskant dreht leider sehr schnell über, weshalb TORX die haltbarer Schraubtechnik ist.


Die verwendeten M6 Schrauben haben ein Anzugsdrehmoment von 6 Nm.

​Halbrundschraube ISO 7380-1

Halbrundschraube Flansch ISO 7380-2





 

Belastungsprobe Dachträger Winkel-Satz aus Aluminium


Faktencheck und Theorie Gedöns

Die Streckgrenzen im Vergleich:


Aluminium Almg3 – 130 N/mm²

Stahl S235 – 235 N/mm²


Der kleineste Querschnitt eines Winkels ist im Bereich der oberen Bohrung zu finden und beträgt 165 mm².


Mit dieser Fläche hält Aluminium 21.450 N oder 2.187 KG aus, bevor es sich zunächst plastisch verformt. Stahl hingegen hält 38.775 N oder 3.953 KG bei gleichem Querschnitt aus, bevor eine Verformung einsetzt.


Die Zugbelastung (das Auto am Roof-Rack aufhängen) stellt also in beiden Fällen kein Problem dar. Interessanter wird es erst, wenn man die Winkel auf Biegung belastet. Diese Belastung tritt in Kurvenfahrten und beim Bremsen auf.


Man kann selbstverständlich auf Nummer sichergehen und bei Stahl bleiben, allerdings ist Stahl schwer und rostet. Klar gibt es rostfreien Stahl, nur, der ist ebenfalls schwer und dazu noch teurer.


Wenn ich die Winkelgeometrie etwas überarbeite und die Materialstärke erhöhe, komme ich mit einem Aluminium Winkel auf die gleiche Leistung wie bei Stahl. Zunächst habe ich die Grundfläche auf 70mm vergrößert, oben bleibt sie bei 40mm Breite. So entsteht zwangsläufig eine Trapezform. Auch die Materialstärke habe ich von 4mm auf 5mm erhöht.


Trotz des neuen, größeren Designs, wiegt der Winkel nur 98 Gramm. Im Vergleich: Der kleinere Stahlwinkel wiegt 168 Gramm. Der Aluwinkel ist also 42% leichter und rostet nicht. Klingt super? Schauen wir uns an, wie es mit der Belastbarkeit bei Biegung aussieht.


Sicherlich gibt es kluge Köpfe, welche das in Nullkommanichts berechnen können. Mir war das zugegebenermaßen zu kompliziert und zu theoretisch. Ich baue mir lieber einen Prüfstand und biege an dem Winkel rum.


Aufbau Prüfstand

An einem Schweißertisch ist ein ein Meter langer Hebel montiert, mit dem ich theoretisch bis zu 900KG Kraft aufbringen könnte. An diesem Hebel schlage auf 100mm Höhe ein Seil an. Als nächstes reihe ich eine Zugwaage mit ein. Diese kann bis zu 100Kg genutzt werden. An das andere Ende der Zuwaage hänge ich meinen Winkel an. Den Winkel habe ich mit einer M6 Schraube im Schweißtisch verschraubt, wie es auch auf dem Dach des Autos der Fall ist. Um eine ähnliche Bedingung wie bei einem Roof- Rack zu schaffen, habe ich noch ein Aluprofil an dem Winkel montiert.



Showtime

Mit dem Experiment möchte ich das Gewicht herausfinden, ab dem der Winkel nicht mehr in seine Ursprungsform zurückgeht (>90°). Um das Prüfen zu können, habe ich ein Anschlagwinkel an den Aluminiumwinkel gestellt. In 10 KG Schritten habe ich den Winkel auf Biegung beansprucht. In nachfolgendem Video ist deutlich zu sehen, wie der Winkel nach jeder Beanspruchung wieder zu einem 90° Winkel zurückkehrt. Her muss den Anschlagwinkel berühren.


Ergebnis


Erst ab ca. 50Kg verformt sich der Winkel plastisch. Von 10 – 40 Kg bleibt der Aluwinkel elastisch und kehrt immer wieder zum 90° Winkel zurück.


Für mich ein sehr zufriedenstellendes Ergebnis.


Ausgehend von 40 Kg pro Winkel, habe ich bei einem VW Transporter KR mit 8 Fixpunkten, ganze 400 Kg, die das Roof-Rack in der Kurvenfahrt aufnimmt.


Wenn wir eh schon dabei sind….

…habe ich spaßeshalber an diesem Aluwinkel auch mal in Fahrtrichtung gezogen. Hier ist auf Grund der Geometrie eh schon mehr zu erwarten. In Fahrtrichtung hält ein Aluwinkel stolze 80 KG, bevor er in die plastische Verformung geht. Sind also bei einem ganzen Roof-Rack mit acht Winkeln, stolze 640Kg!!!

Die Lastrichtungen im Überblick


Bei 8 Winkeln auf eine VW Transporter kann man...

- auf Zug 17496 Kg an die 8 Winkel hängen.

- seitlich auf die 8 Winkel mit 320 Kg einwirken.

- in Beschleunigungs- und Bremsrichtung 640 Kg aufnehmen.


Im Vergleich ist die angegebene maximale Dachlast von 150KG schon ein echter Witz.

Selbst mit doppelter Beladung bzw. Sicherheit der Dachlast, liegt man mit 300 Kg noch unter der seitlichen Einwirkkraft.


Aluminium mag nun der weichere Werkstoff sein, jedoch für den Anwendungszeck vollkommen ausreichend. Da nehme ich also auch die 42% Gewichtsersparnis und die Korrosionsbeständigkeit gerne mit.


Solltet Ihr eine ergänzende Idee oder Anmerkung haben, dann lasst gerne ein Kommentar dar. Dieser Beitrag stellt meine Versuchserkenntnis dar und ersetzt natürlich keine Berechnung eines Statikers.



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