diplomarbeit - HTL innovativ

DIPLOMARBEIT
Schnee- und Eisbefreiungsanlage
für LKW-Dächer
Ausgeführt im Schuljahr 2013/14 von
Dražen Petrović
5AHWii
Maria Wegscheider
5AHWii
Simon Zigala
5AHWii
Innsbruck, am 16. Mai 2014
Betreuer/Betreuerin:
DI Benedikt Frischmann
HTBLVA Innsbruck, Anichstraße
Blizzard – Schnee und Eisbefreiungsanlage für LKW-Dächer
Projektteam
Dražen Petrović
Ziegeleiweg 7a
A-6361 Hopfgarten i.Bt.
Tel.: 0676 733 2460
E-Mail: [email protected]
Maria Wegscheider
Steigäcker 6
A-6406 Oberhofen im Inntal
Tel.: 0699 10 44 9333
E-Mail: [email protected]
Simon Zigala
Johann-Paul-Gruberweg 1c
A-6170 Zirl
Tel.: 0699 17 30 87 65
E-Mail: [email protected]
Betreuende Lehrperson:
Prof. DI Benedikt Frischmann
E-Mail: [email protected]
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Blizzard – Schnee und Eisbefreiungsanlage für LKW-Dächer
Kurzzusammenfassung
Im Zuge unserer Diplomarbeit konzipierten wir eine Vorrichtung, die es LKW-Fahrern
ermöglicht, bei langsamer Durchfahrt mittels Luftstroms ihre Dächer einfach, schnell
und sauber von Schnee und Eis zu befreien. Diese Vorrichtungen könnten bei
Autobahnparkplätzen, Raststätten oder direkt bei Parkplätzen von Speditionen
aufgestellt werden, damit die LKW direkt vor Fahrtantritt für ein kleines Entgelt
gesäubert werden können.
Unsere Diplomarbeit umfasst einen wirtschaftlichen sowie einen technischen Part:
Der wirtschaftliche Teil beinhaltet eine Bedarfsermittlung Erhebung der Ist-Situation
mittels Fragebögen, eine Unfallstatistikauswertung, die Analyse der rechtlichen
Situation, fundierte eine Konkurrenzanalyse, eine Patentrecherche und die
Kostenkalkulation der konstruierten Vorrichtungen.
Der technische Teil umfasst die komplette Planung, Konstruktion und Berechnung
einer effizienten Vorrichtung, von der Idee bis hin zur Konstruktion bis hin zur Testung
eines kleinen Prototyps in einer Versuchsreihe.
Unsererseits wurden zwei Konzepte zur Entfernung von Schnee- und Eislasten mittels
Luft entwickelt. Eines beruhend auf der Idee eines schräggestellten Blasrohrs unter
Ausnutzung des aerodynamischen Paradoxons. Das zweite mit einem speziell
geformten Luftleitblech, beruhend auf dem Venturi Effekt. Beide Anlagen wurden auf
einen feststehenden Träger konzipiert und ähneln dem Aufbau der Höhenkontrollen
bei LKW.
Der Luftstrom aus dem Blasrohr entfernt nicht nur losen Schnee, sondern erzeugt
beruhend auf dem aerodynamischen Paradoxon auch einen Unterdruck, sprich
Auftrieb, der die Dachplane eines LKW anhebt. In weiterer Folge dadurch auch die
kompakten Eisplatten aufgebrochen und abgeblasen.
Über den Venturi Effekt wird durch die spezielle Form des Luftleitbleches der Abstand
zwischen LKW-Dach und Kragträger mit zunehmender Dachbreite verringert. Dies
führt am Ende des Daches zu einer Erhöhung des Luftstroms und damit zu noch mehr
Auftrieb der Plane.
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Einführung
Eine winterliche Verkehrssituation:
Man fährt hinter einem LKW nach und plötzlich fällt Schnee und Eis oder im
schlimmsten Fall eine ganze Eisscholle von dessen Auflieger herab. Dieses Szenario
stellt für nachfolgende Verkehrsteilnehmer eine erhebliche Gefahr dar, da bereits
eine 2 kg schwere Eisplatte auf der Autobahn schnell zu einem 100 kg-Geschoss wird
und eine Windschutzscheibe mühelos durchschlägt.
Im Zuge unserer Diplomarbeit konzipierten wir eine Vorrichtung, die es den LKWFahrern ermöglicht bei langsamer Durchfahrt ihre Dächer einfach, schnell und
sauber von Schnee und Eis zu befreien.
Aufgabenstellung
Ziel unserer Diplomarbeit ist die Umsetzung
einer Schnee- und Eisbefreiungsanlage für
LKW Dächer. Seit Jahren stellen LKW, die
trotz schnee- und eisbedecktem Dach ihre
Fahrt antreten, eine erhebliche Gefahr für
den restlichen Verkehr dar. Herabfallende
Schnee- und Eislasten verursachen jährlich
verheerende Unfälle, oft auch mit
Todesfolge. Die LKW Fahrer selbst
bemerken dies meist gar nicht, setzen ihre Fahrt ungehindert fort und begehen
dadurch zusätzlich Fahrerflucht.
Rein rechtlich ist ein LKW Fahrer dazu verpflichtet, sein Dach vor Antritt der Fahrt zu
säubern (StVO). Einer konventionellen Säuberung widerspricht allerdings das
Arbeitnehmerschutzgesetz (ASchG), das dem Fahrer ein Arbeiten in der Höhe seines
Daches (ca. 4m) ohne Sicherungseinrichtungen strikt verbietet. Tritt er dennoch
ungesäubert seine Fahrt an und ereignet sich ein Verkehrsunfall bei dem Personen
verletzt oder im schlimmsten Fall sogar getötet werden, so hat der LKW-Fahrer mit
strafrechtlichen Folgen im Sinne von fahrlässiger Körperverletzung bzw. fahrlässiger
Tötung zu rechnen.
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Methode
Da nicht nur die konventionelle Entfernung von Schnee und Eis über Besen und
Schneeschieber für die LKW-Fahrer einen relativ großen Zeit- und Kraftaufwand
darstellen, sondern es praktisch auch keine Kontrollmöglichkeit gibt ob der LKW
verkehrstauglich ist, entschieden wir uns neben der Schnee- und Eisbefreiungsanlage
zusätzlich für die Entwicklung einer einfachen Methode, die Dächer schnell und
sicher zu prüfen, ohne wiederum auf das Dach klettern zu müssen.
Es entstanden daraus die beiden voneinander unabhängigen und autonom
funktionierenden Systeme:
Das BYT-System (Blow off Your Trailer) stellt eine effiziente und vollautomatische
Möglichkeit dar, die Schnee- und Eisablagerungen auf sichere Art und Weise zu
entfernen.
Beim CYT-System (Check Your Trailer) handelt es sich um eine anschließende
Kontrolle, ob die Ablagerungen auf den Dächern tatsächlich entfernt wurden.
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BYT – Blow off Your Trailer
Aus den Erkenntnissen einer ausführlichen Versuchsreihe wurden zwei verschieden
funktionierende Konzepte entwickelt, die effizient und dennoch kostengünstig
funktionieren.
Beim ersten Konzept wird mit einem Gebläse Luft durch ein Blasrohr, das an einem
Querträger angebracht ist, frontal auf das Planendach des LKW geblasen. Der Clou
dieses Konzeptes beruht auf dem aerodynamischen Paradoxon. Dieses besagt, dass
ein Volumenstrom mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit gegenüber dem
Medium um ihn, automatisch einen Unterdruck erzeugt.
Die Luftstrahlen die knapp über dem Dach vorbeiziehen, blasen somit nicht nur
Schnee ab, sie erzeugen auch einen Auftrieb, der die Plane anhebt. In weiterer
Folge werden selbst die kompakten Eisplatten aufgebrochen und gemeinsam mit
dem Schnee abgeblasen.
Durch die Schrägstellung des Rohres fallen die Dachlasten auch nicht einfach hinter
dem LKW herunter, sondern werden zur Seite weckgeblasen und können dort hinter
einer Absperrung liegen bleiben.
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Besonders zu beobachten ist das Paradoxon bei LKW auf Autobahnen durch eine
Wölbung des Planendaches. Am vorderen Teil bildet sich ab einer gewissen
Geschwindigkeit ein Unterdruck, der die Plane förmlich nach oben saugt.
Beim zweiten Konzept bedienen wir uns dem Venturi-Effekt, um einen noch größeren
Auftrieb zu erzeugen als beim ersten Konzept. Die Luft wird nun nicht mehr frontal,
sondern seitlich zwischen das LKW-Dach und ein flugzeugflügelartig gebogenes
Luftleitblech geleitet. Im Prinzip wird erneut das aerodynamische Paradoxon
ausgenutzt, um einen Unterdruck zu erzeugen. Dank des sich verengenden
Zwischenraumes, bei gleichbleibendem Luftvolumen, nimmt allerdings die
Geschwindigkeit zu und verstärkt den erzeugten Auftrieb zusätzlich.
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CYT – Check Your Trailer
Das zweite entwickelte System beschäftigt sich mit der einfachen Überprüfung des
LKW-Daches, einerseits präventiv ob eine Reinigung notwendig ist und andererseits
ob die Reinigung mit Hilfe des BYT-Systems erfolgreich war und alle Ablagerungen
entfernt worden sind.
CYT besteht im Grunde genommen aus einer WLAN-fähigen Kamera, einem WLANRouter und einer Solaranlage, zur Stromversorgung. Der Zugriff auf die Kamera
geschieht über das Smartphone oder Tablet des LKW-Fahrers.
Der LKW-Fahrer verbindet sich mit dem WLAN-Router, und kann über eine
benutzerfreundliche App nach nur wenigen Konfigurationsschritten in Echtzeit auf
das Bild der WLAN-Kamera zugreifen.
Das CYT kann entweder wie bereits erwähnt nach dem BYT aufgestellt werden, um
sich zu vergewissern, ob das Fahrzeug nach dessen Verwendung nun
verkehrstauglich ist, oder vor dem BYT, um zu kontrollieren, ob überhaupt eine
Reinigung mit Hilfe des BYT notwendig ist.
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Ergebnisse
Unsere Diplomarbeit umfasste ebenso einen wirtschaftlichen Teil. Unter anderem
haben wir eine Bedarfsanalyse durchgeführt und über einen Fragebogen für LKW
Fahrer, die aktuelle IST- Situation erfasst. Ebenso gehörten eine UnfallstatistikAuswertung sowie eine Kostenkalkulation dazu. Ergänzt wurde der wirtschaftliche Teil
durch eine Analyse der rechtlichen Situation, einer Konkurrenzanalyse und einer
fundierten Patentrecherche.
Für unsere Idee erhielten wir von LKW Fahrern/Frächtern ausschließlich positives
Feedback. Die Fahrer kennen die Thematik und würden sich eine automatische
Lösung sehr wünschen. Während einer Versuchsreihe mit selbst gebauten
Testdächern, konnten wir vielversprechende Erfolge erzielen.
Der Innovationscharakter unserer Diplomarbeit liegt sicherlich in der Art und Weise
der Säuberung. Keine der gängigen Alternativen beruht auf dem Prinzip des
aerodynamischen Paradoxons bzw. des Venturi-Effekts. Unsere Anlage macht es den
Fahrern leicht ihrer Verpflichtung nachzukommen, ohne sich selbst oder andere in
Gefahr zu bringen. Wir hoffen damit auch einen Beitrag zu mehr Sicherheit auf
Österreichs Straßen zu leisten.
Aufgrund der begrenzten finanziellen Mittel konnten wir bisher nur einen Prototyp des
CYT-Systems anfertigen. Die Funktionalität des BYT-Systems wurde in der
Versuchsreihe eindeutig bestätigt, jedoch konnten wir sie nicht mit einem großen
Prototyp testen.
Fazit
Wir waren sehr erstaunt über die Tatsache, dass dieses Problem beinahe jedem LKW
Fahrer bewusst ist und dennoch nur wenige etwas dagegen machen. Viele
„säubern“ ihr Dach indem sie einfach mit mehr Geschwindigkeit, scharf in eine Kurve
fahren. Doch das genügt meist nicht einmal um den Schnee zur Gänze zu entfernen,
von Eis ganz zu schweigen.
Besonders überraschend war für uns der Grund, warum viele ihr Dach nicht säubern.
Zahlreiche Fahrer haben schlichtweg Angst davor, von der doch nicht
unerheblichen Höhe von 4 m, abzustürzen und sich zu verletzen. Oftmals wurde uns
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Blizzard – Schnee und Eisbefreiungsanlage für LKW-Dächer
auch enormer Zeitdruck als Grund genannt, da eine konventionelle Säuberung mit
Besen und Leiter bis zu 50 Minuten in Anspruch nehmen kann.
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