Chassis: Leichtbau
Relevanz
Warum ist der Leichtbau für Tiny Houses so wichtig?
Führerschein
Mit gewöhnlichem Führerschein darfst Du einen Anhänger mit 750 kg ziehen. Für Tiny Houses musst Du Dir deswegen sinnvollerweise einen BE-Führerschein besorgen. Dieser erlaubt Deinem Anhänger ein Gewicht von 3,5t und kostet um die 1200 €.
Für Anhänger >3,5t ist ein CE-Führerschein notwendig. Dabei handelt es sich um einen LKW-Führerschein, der aufwendiger zu erlangen ist und um die 3000 € kostet.
Anhänger-Zubehör
Die Achsen, der Zugholm, die Deichsel und andere Kleinteile Deines Anhängers sind auf ein Maximalgewicht von 3,5t ausgerichtet. Das Zubehör für Anhänger >3,5t ist kostenaufwendiger.
Insbesondere die Achsen wechseln von einer Gummifederung bei <3,5t auf eine Druckluftfederung bei >3,5t. Für gewöhnlich liegen Letztere beim doppelten bis vierfachen des Preises.
Der konstruktive Leichtbau bezeichnet die Gewichtsoptimierung durch Konstruktion. Stell Dir einen Anhänger vor, der mit 500 kg Stahl gebaut ist. Denselben Anhänger hätte man natürlich auch mit 1000 kg Stahl bauen können. Da die Stabilität des Anhängers aber keine 1000 kg erfordert, bauen wir nur mit der Hälfte.
Im Umkehrschluss kann man sich genauso vorstellen, durch statische Analysen das Gewicht von 500 kg auf 250 kg zu optimieren. Nämlich, indem wir den Stahl extrem auf Maß schneiden und nur dort einsetzen, wo es gerade benötigt wird. Das ist konstruktiver Leichtbau.
Sinnvoll umsetzen kann man diese Art Leichtbau nur mit Unterstützung von Statik-Programmen, die einen davor schützen, an der falschen Stelle zu sparen.
Der technologische Leichtbau umfasst die Gewichtsreduktion durch Technologie. Stell Dir vor einen Anhänger aus Stahl mit einem Gewicht von 500 kg vor. Denselben Anhänger hätte man mit einer anderen Technologie, zum Beispiel dem Material Carbon statt Stahl, mit nur 250 kg bauen können. Das ist technologischer Leichtbau.
Dieses Beispiel ist die einfachste Art von technologischem Leichtbau. Durch die Kombination von Material, etwa bei Komposit-Elementen, ist es möglich, die Stärken einzelner Materialien zu überlagern. In einer Art Kreislauf schützt jedes eine Material mit seiner Stärke die anderen Materialien in ihrer Schwäche. Dadurch wird es möglich, dass das Komposit-Element keine dieser einzelnen Schwächen aufweist.
Chassis: Verstärkungen als Qualitätsmerkmal
Als Verstärkungen bezeichnen wir 2- oder 3-dimensionale Blechkonstruktionen, welche an kritisch belasteten Bereichen des Anhängers verschweißt werden, um das vorliegende Tragwerk zusätzlich zu unterstützen. Hierdurch ist eine Steigerung der Stabilität an dieser Stelle um 100-300 % möglich.
Die Spreu vom Weizen
Grundsätzlich gilt: Einem Tiny House Anhänger, welcher keine expliziten Verstärkungen für Tiny Houses aufweist, sollte man skeptisch gegenübertreten. Denn der Aufbau eines Tiny Houses belastet durch seine Geometrie auf charakteristische Weise bestimmte Bereiche des Anhängers unverhältnismäßig stark. Wir sprechen hierbei von bis zu 17-fachen (34/2) Belastungen an wenigen gezielten Stellen. Es ist wichtig, die Frage zu stellen, warum der jeweilige Anhänger keine Verstärkungen integriert.
Es gibt 3 Möglichkeiten, den Leiterrahmen eines Anhängers zu bauen:
Es sind keine Verstärkungen integriert, dafür jedoch die bereits vorhandenen Stahlprofile „auf den kleinsten gemeinsamen Nenner“ hin stärker dimensioniert. Ein solcher Anhänger würde jedoch mindestens das Doppelte wiegen und kann deshalb nicht sinnvoll als ein für Tiny Houses ausgelegter Anhänger bezeichnet werden, bei dem die Begrenzung auf 3,5t gilt.
Es sind keine Verstärkungen integriert und die Schwachstellen der Stahltraversen werden in Kauf genommen. Auch ein solcher Anhänger kann nicht sinnvoll als Tiny House Anhänger bezeichnet werden, da Gebäude gesetzlich vorgeschriebene Mindestanforderungen an ihr Tragwerk stellen, um Privatpersonen vor körperlichem Schaden und „Ramschware“ zu schützen.
Die Stahltraversen leiten bis zu mittelstarke Lasten eigenständig ab und integrierte Verstärkungen übernehmen besonders kritische Bereiche. Auf diese Weise wird in den Stahltraversen Gewicht gespart und trotzdem die Spitzenlasten entschärft.
Warum Verstärkungen selten zu finden sind
Zum einen ist sicherlich der finanzielle Aufwand ein Faktor, der dazu beiträgt, dass die beworbene Tiny House Spezialisierung der meisten Anhänger sich auf die Namensgebung beschränkt.
Der hauptsächliche Grund ist wohl, dass das Know-how dazu fehlt, was eigentlich Qualität bei einem Tiny House Anhänger bedeutet.
Wir machen dies am Beispiel der Verstärkungen deutlich. Um Verstärkungen sinnvoll zu positionieren, muss ich wissen, wo und in welchem Maße sie am Leiterrahmen benötigt sind. Im besten Fall kann ein erfahrener Anhängerbauer ein gutes Stück Abhilfe verschaffen, indem er typische Sollbruchstellen seiner Anhänger kennt und ihnen entgegenwirkt. Sollbruchstellen sind jedoch stets auf ihren Lastfall hin zu betrachten und der Fahrzeugbauer ist grundsätzlich nicht mit den Lastfällen vertraut, wie sie im Gebäudebau vorliegen. Ein häufiges Argument ist an dieser Stelle, dass Caravans und Bauwagen so unterschiedlich vom Tiny House doch nicht seien und manche Anhängerbauer sich mit diesen Strukturen doch auskennen. Tragwerkstechnisch ist diese Argumentation jedoch nicht korrekt. Denn bei Caravans wird die Last des Aufbaus von den Platten, welche die Wand bilden, in einer Streckenlast auf den Anhänger aufgetragen. Diese Streckenlast ist kategorisch unterschiedlich von der Punktlast, wie sie vom Ständerwerk bei Bauwagen und Tiny Houses in den Anhänger übertragen werden. Ein Anbieter von Bauwagen-Anhängern hat am ehesten das Potenzial dafür, dass sein Verständnis der Sollbruchstellen sich mit denen der Tiny Houses deckt. Anhänger für Bauwagen sind jedoch auf 7,5t und nicht 3,5t Gesamtlast ausgelegt. Zudem macht die meist unterschiedliche Gebäudehöhe, die stärker dimensionierten und häufig komplett andere Profilgeometrie der Stahltraversen, als auch die gegensätzliche Positionierung der Achsen, eine Übertragung der Erfahrung vom Bauwagen zum Tiny House sehr fraglich.
Selbst in einem theoretischen Szenario, in dem ein Anhängerbauer über Trial-and-Error Erfahrung mit den Sollbruchstellen hat, wie sie allein für Tiny Houses charakteristisch sind, kann kein Gebäudestandard erzielt werden. Denn der Gebäudestandard, wie jeder mit einem Dach über dem Kopf ihn tagtäglich unbewusst lebt, fordert mehr als nur die begrenzten praktischen Erfahrungen einer einzelnen Person oder kleinen Gruppe von Menschen. Nach Gebäudestandard zu bauen, bedeutet sich nach den Standards zu richten, wie sie über Jahrzehnte von akademischen Ingenieursgemeinschaften auf Basis empirischer Wissenschaft getragen werden. Eben hierauf basieren die gesetzlich vorgeschriebenen Anforderungen für Gebäude.
Anhängerbauer sind nicht mit Blick auf Gebäudenormen ausgebildet und besitzen nicht die Programme, wie sie für statische Berechnungen in der Bauindustrie notwendig sind, weil sie schlicht nicht der Bauindustrie angehören. Das ist auch in Ordnung so, soll aber nicht zu Verwirrung führen, dass Tiny House Anhänger gewöhnliche Anhänger seien.
Es fehlt allgemeinhin das ingenieurtechnische Know-how normgerechte statische Analysen zu betreiben, die Schwachstellen im Anhänger und damit die Notwendigkeit von Verstärkungen an bestimmten Stellen aufzeigen.
Verstärkungen im Anhängerzubehör
Mit den Verstärkungen im Leiterrahmen des Anhängers ist es nicht getan, denn die Qualität von Anhängerzubehör (Stützrad, Zugholm, Achse) variiert ebenso. Ein Anhängerbauer, der keine Verstärkungen im Stahlrahmen einsetzt, macht sich gängigerweise nicht die Mühe, Verstärkungen im Anhängerzubehör einzubauen. Denn den Anhängerbauer kosten die Verstärkungen im Zubehör mehr als die Verstärkungen im Stahl.
Es ist wichtig Achsen, Stützrad und Zugholm sinnvoll für den Zweck eines Tiny Houses einzukaufen. Diese 3 Komponenten gehören zum Tragwerk, indem sie die Lasten, wie sie vom Ständerwerk eingeleitet werden, aufnehmen und in den Erdboden ableiten.
Chassis: Nicht in Frage kommende Alternativen
Aufgrund seiner mangelnden Witterungsbeständigkeit ist Holz keine sinnvolle Option in der Materialwahl. Als Fundament eines Hauses, das auf Jahrzehnte bestehen soll, ist es deshalb ungeeignet.
Gegenwärtig ist Carbon, bezogen auf sein Gewicht, eines der stabilsten Materialien überhaupt. Von Jahr zu Jahr fallen die Materialpreise durch stetige Produktionsoptimierung. Bis sich jedoch erschwingliche Preise ergeben, die mit Aluminium und Stahl Schritt halten können, wird es noch einige Jahre dauern.
GFK wird gelegentlich als „kleiner Bruder“ des hochwertigeren CFK bezeichnet. Auf das Gewicht betrachtet übersteigt die Stabilität von GFK immer noch Aluminium und Stahl und ist zudem erschwinglich im Materialpreis.
Denkbar ist demnach ein Chassis aus GFK. Hier fehlen jedoch die Erfahrungswerte von Straßenfahrten. Die Fahrt auf der Straße wirkt mit dynamischer Last auf einen Anhänger. Stahl und Aluminium haben sich über die Jahrzehnte behaupten können. Das Verhalten von GFK und insbesondere seiner Verbindungen bei solchen Kräften ist jedoch wenig bekannt.
Türen & Fenster: Nachhaltigkeit & Recycling
Allgemein
Fenster sind immer Materialverbunde. Sie bestehen aus Glas und Metall, und je nach Rahmenart zusätzlich aus Holz, Kunststoff oder Metall bzw. aus mehreren dieser Materialien.
Beim Recycling müssen die Materialien zunächst getrennt werden. Das abgetrennte Glas darf nicht als Altglas entsorgt werden, da es überwiegend beschichtet ist. Es wird von der Glasindustrie recycelt. Auch die abgetrennten Metallteile können recycelt werden.
Fensterglas wird als Altglas recycelt oder als Bauzusatzstoff bzw. Zuschlagstoff genutzt. Dabei ist der Reinheitsgrad des gesammelten Altglases entscheidend für die Qualität des Recyklats. Klare Floatglasscherben können ohne Aufbereitung dem Schmelzprozess zugeführt werden. Andere Flachglasscherben müssen zuerst einem Aufbereitungsprozess unterzogen werden. Dann können die Schmelzen wieder in Floatglas eingesetzt werden oder in Guss- oder Behälterglas, als Dämmwolle oder Schmirgelpapier etc.
Früher wurde zwischen den Scheiben von 2-fach verglasten Fenstern oft einfach Luft, dann auch das stark klimaschädliche Gas SF6 verwendet. Es ist ca. 20.000 Mal so klimaschädlich wie CO₂. Daher müssen solche alten Fenster unbedingt von einem Fachbetrieb entsorgt werden. Eine einfache Luftschicht isoliert schlecht, und SF6 ist ab Juli 2007 als Fensterfüllgas verboten.
Deshalb verwendet man heute meist das relativ preiswerte Edelgas Argon als Füllgas. Es hat eine um ca. ein Drittel geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft (λ = 26 mW/(m·K) für Luft, λ = 18 mW/(m·K) für Argon). Argon ist umweltverträglich, da es aus unserer Luft gewonnen wird, wo es zu ca. 1% vorkommt.
Deutlich besser isolierend sind die Edelgase Krypton (λ = 9,5 mW/(m·K)) oder Xenon (λ = 5,5 mW/(m·K)). Allerdings sind sie sehr viel teurer als Argon (Krypton ca. 100 mal, Xenon ca. 1000 mal), da sie zwar auch in der Luft vorkommen, aber wesentlich weniger und folglich die Gewinnung wesentlich teurer ist. Als Kompromiss wird daher manchmal auch eine Argon-Krypton-Mischung verwendet, wenn man spezielle Anforderungen an die Isolierung erreichen möchte.
Bei Holzfenstern sind Rahmen und Flügel praktisch immer mit Ölen, Lacken oder Lasuren beschichtet. Außerdem haften noch Dichtungsmittel (wie Silikon und Gummi) und Glasreste an. Deshalb kann das Holz im Allgemeinen stofflich nicht verwertet werden, sondern wird nach Schreddern des Holzes zu Spänen und anschließender Absiebung von Glas- und Anstrichpartikeln energetisch verwertet. Das so aufbereitete Altholz ist als Biomasse nach dem EEG anerkannt, was es für die Recyclingindustrie lukrativ macht. Die energetische Verwertung erfolgt in Großfeuerungsanlagen, deren Abgasreinigungstechnik auch bei Holz mit früher als schädlich angesehenen Behandlungen heute als ungefährlich angesehene Emissionen erlaubt (alternativ muss solches z.B. PCB-behandeltes Holz auf eine geeignete Sondermüll-Deponie). In Kleinfeuerungsanlagen darf das aufbereitete Altholz nicht verbrannt werden, da diese meist nicht über die erforderliche Abgasreinigungstechnik verfügen. Die stoffliche CO₂-Bilanz der Holzrahmen und -flügel ist damit ausgeglichen, und ihre Verbrennung spart fossile Brennstoffe ein. Sind Rahmen und Flügel nachweislich nicht mit halogenorganischen Verbindungen oder Holzschutzmitteln in Kontakt gekommen (AltholzV-Kategorie A II), oder falls sie naturbelassen oder nur mechanisch bearbeitet wurden und praktisch nicht verunreinigt sind (AltholzV-Kategorie A I), können sie stofflich verwertet werden, z.B. bei der Fertigung von Spanplatten.
Heute gibt es auch schon Fensterkonstruktionen, die die stoffliche Trennung zwischen Glas und Holz erleichtern.
Aluminiumrahmen werden geschreddert und von Fremdmaterialien getrennt, dann in Schmelzwerken eingeschmolzen und zu Pressbolzen gegossen, die als Rohstoff weiterverkauft werden. Herstellung und Recycling von Aluminium verbrauchen dabei viel Energie, jedoch ist das Recycling sehr viel weniger energieaufwändig.
Bei Kunststofffenstern werden Rahmen und Flügel vorwiegend stofflich recycelt. Das gesamte Fenster, mit Glas, Beschlägen, Dichtungen und etwaigen Resten der Fassade kommen in einen Schredder. Mithilfe von Abscheidern werden Metallbestandteile und das gesamte Glas aus dem Materialstrom ausgesondert. Das PVC-Mahlgut von ca. 20 mm Durchmesser wird nachfolgend in einer Schneidemühle auf wenige Millimeter Korngröße zerkleinert. Anschließend durchläuft das Mahlgut verschiedene Trenn- und Aufbereitungsprozesse, um dessen Qualität weiter zu verbessern. Das gesäuberte PVC-Mahlgut wird dann erhitzt und durch ein Sieb gepresst. Am Ende des Recyclingprozesses steht hochwertiges, sortenreines PVC-Granulat. Dieses wird auf Qualität geprüft und kann wieder der Profilproduktion zugeführt werden. Theoretisch kann sich ein Zyklus aus Fensternutzung und Wiederverwertung bei der Herstellung neuer Fenster- und Bauprofile mindestens sieben Mal ohne Einflüsse auf die Rohstoff- oder Verarbeitungsqualität wiederholen.
So kann ca. 90% CO2 gegenüber ohne Recycling hergestellten Rahmen eingespart werden. Andererseits verbrauchen Kunststofffenster bei der Herstellung fossile Rohstoffe, und Herstellung und Recycling selbst sind energieaufwändig.
Die Metallteile von Fenstern gehen ebenfalls in spezielle Weiterverarbeitungsbetriebe. Sie werden zerkleinert, sortiert, gereinigt und eingeschmolzen. Aus dem so gewonnen Rohstoff entstehen dann neue Fenster- und Türenbestandteile sowie Bauprofile.