Entwicklung eines modularen Sitzbanksystems
Für Standseilbahnen und Pendelbahnen
Für die Calag Carrosserie Langenthal AG habe ich ein modulares Sitzbanksystem für Standseilbahnen und Pendelbahnen entwickelt. Gemeinsame Bauteile bilden die Grundlage für eine manuell hochklappbare Sitzbank und eine zweite Ausführung mit einer selbständig hochklappender Sitzfläche. Damit sollen unterschiedliche Banklängen einfacher umgesetzt und der Aufwand für Konstruktion, Fertigung und Montage reduziert werden.
Ausgangslage
Die Calag Carrosserie Langenthal AG entwickelt und fertigt Kabinen für Seilbahnen. Die bisherigen Sitzbanksysteme wurden jeweils an die Anforderungen der einzelnen Bahnprojekte angepasst. Dadurch entstanden unterschiedliche Konstruktionen mit entsprechendem Aufwand für Planung, Fertigung und Montage.
Das bisher verwendete Aluminium-Sitzbankprofil kann nicht mehr hergestellt werden, da die zugehörige Matrize verschrottet wurde. Gleichzeitig werden heute kleinere Stückzahlen benötigt. Gesucht war deshalb eine neue konstruktive Grundlage, die sich für Einzelanfertigungen und Kleinserien eignet und an unterschiedliche Banklängen und Funktionen angepasst werden kann.
Ziel und Anforderungen
Ziel meiner Diplomarbeit war die Entwicklung eines modularen Sitzbanksystems mit möglichst vielen gemeinsamen Bauteilen. Unterschiedliche Banklängen und Funktionen sollen sich damit einfacher umsetzen lassen. Im Mittelpunkt standen eine manuell klappbare Bank mit fünf Sitzplätzen und eine selbständig hochklappende Sitzfläche für den Rollstuhlplatz. Die Rückenlehnen bleiben bei beiden Ausführungen feststehend.
Bei der manuell hochklappbaren Bank wird die Sitzfläche von Hand zwischen Sitz- und Parkposition bewegt. Beim Rollstuhlplatz soll die unbelastete Sitzfläche selbständig hochklappen und die benötigte Fläche freigeben.
Neben der Tragfähigkeit wurden Anforderungen an Ergonomie, Brandschutz und Barrierefreiheit berücksichtigt. Weitere Ziele waren eine einfache Herstellung und Montage sowie der Austausch einzelner Bauteile bei Wartung und Reparatur.
Vorgehen und Variantenwahl
Die Entwicklung erfolgte in den vier Phasen Analysieren, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten. Zu Beginn untersuchte ich 16 Sitzvarianten aus elf früheren Calag-Projekten sowie Lösungen anderer Hersteller. Zusammen mit den Recherchen und Gesprächen mit Fachpersonen bildeten diese Erkenntnisse die Grundlage für die Anforderungsliste.
Anschliessend entwickelte ich Varianten für die einzelnen Teilfunktionen und stellte sie in morphologischen Kästen zusammen. Daraus entstanden drei Gesamtkonzepte, die ich anhand technischer und wirtschaftlicher Kriterien mit der Punktwertmethode verglich.
Das Konzept mit dem Aluminium-Kipperprofil 200 × 65 mm erreichte bei beiden Sitzbankausführungen mit 74 von 100 Punkten die höchste Bewertung. Ausschlaggebend waren unter anderem der einfache Aufbau und die vorhandene Profilaufnahme für die Drehbolzen. Dieses Konzept wurde anschliessend in Autodesk Inventor konstruktiv ausgearbeitet.
Aufbau und Funktion
Die Grundlage des Sitzbanksystems bildet ein durchgehendes Aluminium-Kipperprofil. Die einzelnen Holzsitzschalen werden über konturangepasste Adapterbleche darauf befestigt. Unterschiedliche Banklängen lassen sich durch den Profilzuschnitt und die Anzahl der Sitzmodule umsetzen.
Die bewegliche Sitzeinheit ist über zwei Drehbolzen in den seitlichen Lagerblöcken gelagert. In der Sitzposition wird sie zusätzlich über feste Anschläge abgestützt. Gepufferte Parkanschläge begrenzen die Bewegung beim Hochklappen. Die Rückenlehnen sind separat befestigt und bleiben feststehend.
Bei der langen Bank wird die gesamte Sitzfläche von Hand hochgeklappt. Für die Ausführung am Rollstuhlplatz sind zwei Gasdruckfedern mit jeweils 200 N Nennkraft vorgesehen. Diese sollen die unbelastete Sitzfläche selbständig in die Parkposition bewegen.
Bei der Konstruktion wurde auf einfach herstellbare Laser- und Kantteile sowie lösbare Verbindungen geachtet. Dadurch sollen die Herstellung und Montage vereinfacht und einzelne Bauteile bei Bedarf ausgetauscht werden können.
Berechnungen und Überprüfung
Die konstruktive Auslegung wurde durch Berechnungen in SMath begleitet. Dabei betrachtete ich den Sitzträger, die Festigkeit der Drehbolzen und die Flächenpressung der Lagerbuchsen. Grundlage war der Kraftfluss von den Sitzflächen über die tragenden Bauteile bis zur Kabinenstruktur.
Für die Gasdruckfedern entwickelte ich die Anschlussgeometrie im CAD und überprüfte sie anschliessend mit einer Momentenrechnung. Dabei wurden das Eigengewicht der beweglichen Sitzeinheit, die Federkräfte und die veränderlichen Hebelarme berücksichtigt. Unter den getroffenen Annahmen ergibt sich in beiden Endpositionen ein Rückstellmoment in Richtung Parkanschlag.
Ergänzend untersuchte ich die Spannungsverteilung der Seitenkonsole mit einer vereinfachten FEM-Analyse in Autodesk Inventor. Diese machte die Beanspruchung und örtlich kritischen Bereiche der Konstruktion sichtbar.
Ergebnis und Ausblick
Mit der Diplomarbeit entstand eine gemeinsame konstruktive Grundlage für eine manuell hochklappbare Sitzbank und eine zweite Ausführung mit einer selbständig hochklappender Sitzfläche. Unterschiedliche Banklängen lassen sich durch den Profilzuschnitt und die Anzahl der Sitzmodule umsetzen. Gemeinsame Bauteile und einzeln austauschbare Sitz- und Rückenlehnenschalen sollen die Herstellung, Montage und Wartung vereinfachen.
Die CAD-Modelle, technischen Zeichnungen, Stücklisten und Berechnungen dokumentieren den erreichten Entwicklungsstand. Sie bilden eine Grundlage für zukünftige Sitzbankprojekte bei Calag.
Der modulare Aufbau bietet die Möglichkeit, weitere Ausführungen aus derselben Grundkonstruktion abzuleiten. Dadurch kann das System an unterschiedliche Kabinen und Kundenanforderungen angepasst werden, während bewährte Bauteile weiterverwendet werden.
Thomas Schneider
Ich bin gelernter Fahrzeugschlosser und arbeite bei Calag im Kabinenbau. Seit 2023 absolviere ich berufsbegleitend die Ausbildung zum Techniker HF Maschinenbau an der TEKO.
