Hintergründe und Überlegungen, die mich zum Einbau der Versteifung im Kofferraum meines Mustangs führten (Stand Mai 2019). Ein Bericht von muetze

Hallo Community,

die in meinem Resto-Bericht gezeigte X-Versteifung unter der Hutablage meines 66er Mustang Coupé findet offensichtlich große Aufmerksamkeit und auch bereits den einen oder anderen Nachahmer. Für das entgegen gebrachte Interesse bedanke ich mich sehr und möchte nachfolgend versuchen zu erläutern, was mich zu diesem Add-On während der Resto geführt hat.

Um alle abzuholen blicke ich kurz in die Zeit zurück, wo ich den Mustang kaufte und was mir so in der Zeit bis zur Restauration aufgefallen war bzw was ich erst im Laufe der Zeit herausbekommen habe.

Vor 11 Jahren erwarb ich mein Coupé in Norderstedt, wie jeder in meiner Vorstellung nachlesen kann. Es war damals schon nicht mehr matching Numbers und erhielt von seinem US-Besitzer ein paar „Upgrades“ in Form eines 351 cui Windsor, dem passenden C4 Getriebe und einer 9“ Hinterachse. Wie es so üblich ist, habe ich mich im Laufe der Zeit mehr und mehr mit meinem Pony auseinander gesetzt. Zum Teil, weil ich mußte, zum Teil, weil es mich interessierte. Ein Besuch auf der ¼ Meile und ein späterer Besuch auf dem Rollenprüfstand ergaben eine errechnete Leistung am Rad, die niedriger war wie selbst vom US Vorbesitzer angenommen.

Mit der Zeit fanden sich auch immer mehr Kleinigkeiten, die einem beim Kauf nicht direkt aufgefallen sind. Hier: Risse im vorderen Bereich der C-Säulen, auf beiden Fahrzeugseiten. Nicht in der gezeigten Länge, jedoch in dem Bereich.



Bei der Recherche, woher diese Risse der C-Säule stammen, bin ich auf diversen Seiten im World Wide Web der Ursache auf die Schliche gekommen. Meist treten diese Risse, so das WWW, bei getunten Fahrzeugen mit reichlich Drehmoment auf.

In dem Zeitraum bis zum Beginn der Resto habe ich mir ausreichend Zeit genommen, um festzulegen, was ich möchte (Außenfarbe, Innenraum), wohin ich möchte (da fehlt eine Handvoll PS am Antriebsrad) und welche Optionen (andere Köpfe, Kompressor, Turbo, Pressluft, NOS) ich mir offen halte.

Wenn wir uns hier im Forum über „Mehrleistung“ oder „was bringt was an Mehrleistung“ austauschen, komme spätestens ich mit der Aussage „Tuning ist als Gesamtpaket zu betrachten“. Stopfen wir vorne mehr Leistung hinein, müssen wir uns auch Gedanken machen über Abgasführung, die Kraftübertragung (Getriebe, Kreuzgelenke, Kardanwelle, Hinterachse), Fahrwerk und natürlich auch über das „rechtzeitig zum Stehen kommen“ (Bremssystem, BKV, Bremsklötze mit höherem Reibwert).

Mit der Erkenntnis, daß die Rißbildungen an den C-Säulen durch „große“ Kräfte vorne begünstigt werden, kam der Punkt „Karosserie“ mit auf meine Planungsliste. Schließlich lassen sich Schweiß- und Blecharbeiten am Einfachsten umsetzen, wenn alles ausgeräumt (leer) ist und sie eh gemacht werden.

Ist Aufnahme, was ist vorhanden, was fehlt und wie kann das Fehlende eingefügt werden. Im Motorbe-reich habe ich schon die Abstützungen von der Firewall zu den Federbeindomen (serienmäßig), der Vorbesitzer hat dazu eine Monte Carlo Bar (vor den Federbeinen quer durch den Motorraum) verbaut.



Bei dem einen oder anderen Coupé (und bei den Cabrios sowieso) habe ich Torque Boxen gesehen. Mein Coup hat keine. Theoretisch sollte alles, was etwas Steife bringt, von Vorteil sein.

User mn62 postete frühzeitig zwei Links zum Thema und meldete Zweifel an: „But the engineers found that the torque boxes actually made the hardtop frame so stiff that it amplified shake problems, so they were specified only for the convertible.“

http://forums.vintage-mustang.com/vintage-mustang-forum/394894-mustang-unibody-frame-strength.html

http://www.mustangtek.com/Library2/PDF/MustangaCompleteGuide.pdf

Während User JanE schrieb, er habe auch eine Monte Carlo-Bar und Torque-Boxen nachgerüstet, was sich absolut positiv im Fahrverhalten bemerkbar mache.



Im Heckbereich findet sich nur das große Loch hinter der Rückbank zum Kofferraum. Mit dem Wissen was später vorne „passiert“, habe ich mir Gedanken gemacht.

Folgende Optionen zur Versteifung bestehen (Auflistung aus dem WWW-Link von User mn62):

- Export Brace (Einteiliges Bauteil, welches an Stelle der verschrauben Streben zwischen
Federdomen und Cowl Vent kommt. )


(Quelle: WWW)

- Monte Carlo Bar (Versteifung quer durch den Motorraum vor den Federdomen)


(Quelle: WWW)

- Sub-Frame Connectors (runde oder eckige Verbindungen, die unter dem Fahrzeug zwischen die vorderen und hinteren Teilrahmen geschraubt oder geschweißt werden)


(Quelle: WWW)

- Under-Engine Cross Brace (hier zu konnte ich kein Bild im WWW finden)

- Torque Boxen (vom Cabrio)



Für mich habe ich entschieden, das große "Loch" zum Kofferraum wird passend mit einer Metallplatte verschlossen.

Diese "Platte" sollte zur besseren Steifigkeit "Sicken" beinhalten, dargestellt durch die dicken gelben Balken im Bild.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich zwei "Serviceöffnungen" (gelbe Ovale) darin befinden, so daß später der Tausch der hinteren Stoßdämpfer nicht zur Tortour wird.



Die Platte sollte "Loch-verschweißt" werden. Ich denke das ist stabiler als schrauben. Die Platte wird in die vorhandene Aussparung "eingelassen".



Damit ist der Rückbankbereich teilverschlossen und hätte schon mal etwas mehr Stabilität.
Hier habe ich leider versäumt die Blechdicke vorzugeben. 2mm Stahlblech wäre sinnvoller gewesen, wie 0,5 mm. C’est la Vie.

Um Anregungen für das Geplante zu finden, durchsuchte ich das WWW erneut und so fand ich das nachfolgende Bild.
Wenn sich der interessierte Leser auf den Rückbankbereich konzentriert, findet er fast genau das, was ich gleich näher beschreibe. ;-) ich erfinde auch nicht alles neu, sondern gucke, ob es vorher schon mal jemand machte und schaue was sich adaptieren läßt.
Einziger Unterschied, ich möchte mein Kreuz senkrecht unter die Hutablage setzen. Den bei mir kommt die Rückbank wieder hinein.


(Quelle: WWW)

Im oben gezeigten Bild des 65/66er Mustang Rennwagen wurde hinten ein X eingesetzt.

Während meines Studiums durfte ich mich mit Mechanik und Kraftflüssen beschäftigen, das kommt mir bei dieser Gelegenheit zu paß.
Ich betrachte für mich die Wege, die eine einwirkende Kraft „F“ wahrscheinlich nehmen wird und bemühe mich das für die Interessierten „schlüssig aufzudröseln“.
An späterer Stelle, werde ich versuchen die auftretende Belastungsverteilung grob zu berechnen bzw. darzustellen.

Während der Resto meines 66ers bin ich auf den Beweis gestoßen, daß im Motorraum sichtbar „ordentliche“ Drehmomentkräfte beim Anfahren, speziell auf der Beifahrerseite als Zugkraft, auftreten, während auf der Fahrerseite Druckkräfte auf die Motorhalterung wirken.
Ursächlich dafür ist die Kurbel-wellendrehrichtung des verbauten Motors.






(Quelle: WWW)

Die Kräfte bleiben selbstredend nicht im Motorraum, sondern fließen durch das ganze Auto.
Zur weiteren Vereinfachung schieben wir jetzt das System soweit zusammen, daß die Kräfte auf der Ebene liegen, wo wir sie betrachten wollen, also hinten im Bereich der Rückbank.
Das Rechteck unten zeigt vereinfacht die Bauweise des Mustangs.
Zur Erinnerung, es ist mir persönlich bewußt, daß nicht die vollen Kräfte vom Motor an der Stelle wirken, jedoch sind die Kräfte so stark, daß die C-Säulen begannen einzureißen.



Warum habe ich die Kraft „F“ von unten angesetzt?
Weil das Drehmoment des Motors sich über das Rad auf den Boden abstützt.

Auftretende Kräfte bedingen entsprechend, gleichgroße

Gegenkräfte, wenn sich nichts bewegt - oder wie war das noch gleich?

Wer hier „spielen“ möchte, nimmt sich eine Postkarte, hält z. B. bei „A“ fest und dreht die Karte mit der anderen Hand im Punkt „F“ in roter Pfeilrichtung.

Zieht oder drückt es bei „A“? Gleicher Versuch andere Seite. Bei „B“ festhalten und die Karte wieder in die Richtung des roten Pfeils drehen. Zieht oder drückt es bei „B“?

Hier fließt, m. E. nach, die wirkende Kraft im Grunde mit ihrer auftretenden, „vollen“ Stärke in die C-Säule, fließt von dort über das Dach und in die C-Säule auf die anderen Seite. Schließlich muß es da ja auch „einreißen“ ;-) .

Ein vernachlässigbarer Teil geht in die Hutablage.

Wie würden sich wohl die Kräfte verteilen, wenn sich im Bereich unter der Hutablage eine X Versteifung befände?


(Quelle: WWW)

Die Kraftverteilung mit einem Kreuz unter der Hutablage stelle ich mir wie nachstehend gezeigt vor. Ich denke über die eingezogenen Streben werden große Teile der einwirkenden Kraft „F“ von der C-Säule „ferngehalten“ und abgeleitet.

Die rote Strebe wirkt hier als Zugstrebe, darum der Doppelpfeil auf ihr. Die blaue Strebe wirkt als Druckstrebe, bei der Orangenen bin ich mir nicht ganz so sicher.



Für besseres Verständnis stellen wir uns die Streben als Seile vor und lassen dem Rahmen etwas „Bewegungsfreiheit“.
Wer möchte, kann es aus Pappe, 3 Schnürsenkeln und 4 Musterbeutelklammern nachbauen. Mensch schneide zwei 2cm breite und 20cm lange Kartonstreifen und zwei 2cm breite und 10m lange Kartonstreifen aus. In jede Ecke entsprechend ein Loch durch beide Streifen stechen und mit einer Musterbeutelklammer (diese Biegeklammern, die ihr von Warensendungen kennt) verbinden.



Das System rechtwinklig ausrichten. Jetzt entsprechend der oben gezeigten Streben die Schnürsenkel spannen. „Braun“ steht für die orangene, „Schwarz“ für die blaue und „Gelb“ für die rote Strebe.



Haltet nun das Gebilde link fest und verschiebt rechts (entlang der Kraft „F“) das Konstrukt nach oben.
Wenn ich mich nicht ganz täusche, wird der schwarze Faden anfangen durchzuhängen, der gelbe Faden spannt sich mehr und der Braune bleibt wie er ist. :-D und nein, ich habe nicht mit den Längen der Schnürsenkeln getrickst :-P .

Was bedeutet das nun? Der braune Schnürsenkel (orange Strebe) nimmt keine Kräfte auf, er ist eine sogenannte „Null-Wert“ Strebe. Beim Verschieben werdet ihr merken, daß sich der gelbe Schnürsenkel (rote Strebe) spannt, also Zug bekommt; ergo eine Zugstrebe ist. Der schwarze Senkel (blaue Strebe) wird ganz schlaff. Der Abstand zwischen den Befestigungsecken des Schwarzen verringert sich, er bekommt also „Druck“ und ist somit eine Druckstrebe. Verständlich, nicht wahr? Okay, weiter! In meiner Vorstellung teilt sich die Kraft „F“ somit auf. Ein Teil drückt in die blaue Strebe, einen weiterer Teil zieht die rote Strebe ab. Die restliche Kraft geht wohl in die C-Säule. Okay, okay – ich sehe schon… der/die interessierte Leser/-inn fragt sich jetzt wie viel Kraft bleibt denn nun übrig und geht in die C-Säule. Gut, machen wir einen Ausflug in die Mechanik. Vorweg genommen, es wird eine gewisse Unschräfe bei den Ergebnissen geben, ist schon lange her bei mir. Fangen wir wieder beim Motor an. Wie mensch sicher schon gespührt hat, verdreht sich der Mustang etwas, wenn im Leerlauf das Gaspedal ordentlich durchgetreten wird. Auch beim harten Launch von der Startlinie der ¼ Meile (natürlich macht niemand so etwas im öffentlichen Verkehrsraum), bäumt sich das Fahrzeug rechts leicht auf und verdreht sich zur Fahrerseite. Hierfür ist, korrigiert mich, die Rotationsleistung des Motors verantwortlich. Die Zahlenwertgleichung zur Berechnung lautet: Prot „M“ in Newtonmeter oder Pfund per Feet, M = 9550 --------------- „Prot“ in kW, n „n“ in Umin-1 „M“ ist hier das verfügbare Drehmoment des Motors, welches später in den Antriebstrang abgeleitet wird. Die Max Drehzahl und die ungefähre Leistung unserer Motoren kennen wir (meistens). Spielen wir etwas mit den Werten, um zum Einen zu zeigen das es ungefähr hin kommt und zum Anderen die Tendenz aufzuzeigen. Generelle Motor Spezifikationen (Quelle: Chilton Repair Manual Mustang/Cougar 1964-73) 289 (1964-66, 4bbl) 225 HP, 4800 Umin, 306 lb-ft nach der Formel oben 329,16 lb-ft 289HP (1966, 4bbl) 271 HP, 6000 Umin, 312 lb-ft nach der Formel oben 317,16 lb-ft 302BOSS (1969, 4bbl) 290 HP, 5800 Umin, 290 lb-ft nach der Formel oben 351,10 lb-ft 351 (1971, 2bbl) 240 HP, 4600 Umin, 355 lb-ft nach der Formel oben 366,37 lb-ft 390 (1969, 4bbl) 320 HP, 4600 Umin, 427 lb-ft nach der Formel oben 488,49 lb-ft 429 (1971, 4bbl) 375 HP, 5600 Umin, 450 lb-ft nach der Formel oben 470,23 lb-ft Die Formel ist somit relativ nah an den „Chilton“ Werten. Hinweis: Die größten Kräfte treten nur beim „starken“ Anfahren auf; abgeschwächt, wenn ihr aus der Fahrt ordentich beschleunigt und „entfallen“, wenn die Geschwindigkeit gleich bleibt. Kommen wir zurück zur Ausgangsfrage, warum reißen mit der Zeit die C-Säulen ein? Nun, solange nichts bzw. wenig am Motor gemacht wird, sollte alles safe sein. Übertreiben wir mal und gehen davon aus, daß es von den Platzverhältnissen passen würde – was es ja nicht tut. Raus mit dem alten, ausgelutschten 289er mit 306 lb-ft (413Nm) und rein mit einem 429er und 450 lb-ft (610 Nm). Urplötzlich hätte unsere Karosse 144 lb-ft (197 Nm) mehr zu verkraften. Exkurs: Abstrakt wie das Ganze „Newtonmeter“ ist, nehmen wir etwas, was wir uns besser vorstellen können => Kilogram. Auf dieser Seite lassen sich Nm in Kg umrechnen. https://convertlive.com/de/u/konvertieren/newton-meter-drehmoment/zu/kilogramm-kraft-m#1 413 Nm sind danach 42 kg. 610 Nm sind 62 kg. Die Differenz von 197 Nm entspricht 20 kg. Alleine der Motortausch bei meinem 66er von 289 auf 351 macht einen Kraftzuwachs von 49 Nm, also 5 kg, aus. Alleine betrachtet sind 5 kg nicht viel, aber über die Zeit werden auch 5 kg sehr, sehr schwer. Exkurs - Ende Mit unserem Kartonrahmen-Experiment haben wir uns bereits bewiesen, daß die orange Strebe (u. a. die Hutablage) eine Nullstrebe ist. Das Gleiche wird für den Kofferraumboden gelten. Mit dem rechnerischen Nachweis tue ich mich hier schwer; war noch nie meins; daher die zeichnerische Ermittlung unbekannter Kräfte (zeichnerische Gleichgewichtsbedingung). Vorüberlegung: Ein Körper kann nur dann im Gleichgewicht sein, wenn die Resultierende aller an ihm wirkenden Kräfte gleich Null ist. Das bedeutet, daß im Kräfteplan Anfangs- und Endpunkt des Kräftezuges zusammenfallen. Es ergibt sich ein geschlossener Kräftezug. Arbeitsplan zur zeichnerischen Ermittlung unbekannter Kräfte: Schritt 1: Lageplan mit den Wirklinien aller Kräfte einschließlich der unbekannten, winkel- getreu zeichnen. Schritt 2: Im Kräfteplan die gegebene Kräfte maßstäblich aneinanderreihen. Schritt 3: Die Wirklinie der einen unbekannten Kraft aus dem Lageplan in den Endpunkt des Kräftezugs im Kräfteplan parallel verschieben, die der anderen unbekannten Kraft in den Ausgangspunkt. Schritt 4: Beträge der unbekannten Kräfte abmessen und gemäß Maßstab umrechnen. Schritt 5: Richtungssinn nach der „Einbahnverkehrs-“ Regel festlegen. (Quelle: A. Böge, 1990; Mechanik und Festigkeitslehre) Machen wir das mit der Ford Werkkonstruktion im Heckbereich, sind wir fix fertig. Die Wirklinie der C-Säule habe ich nicht mehr eingezeichnet, denn die auf dieser Linie liegenden Kraft, führt nicht zurück zum Ausgangspunkt „A“ der Kraft „F“. Bedeutet hier gehen die 306 lb-ft beim Beschleunigen direkt in die C-Säule.

Identisch sieht die Zeichnung aus, wenn wir die 450 lb-ft nehmen würden. Nur die Länge in Milimetern wäre, maßstabsgerecht, eine andere. Schlußfolgerung: Während die Karosserie auf das Drehmoment des 289ers ausgelegt ist, würde der Einbau eines 429ers der Konstruktion auf Dauer schaden.

Schauen wir uns an, wie es sich mit den X-Streben verhält. Die zeichnerische Ermittlung erfolgt wie oben beschrieben, durch parallel Verschiebung der Wirkungslinien, festlegen eines Ausgangspunktes „A“ und maßstäbliches Einzeichnen der bekannten Kraft „F“. Anschließend werden die unbekannten Kräfte per parallel Verschiebung durch die bekannten Punkte „A“ bw. „E’ “ von „F“ so verschoben, daß sich das Krafteck schließt.

Mit dem Schnittpunkt der blauen und roten Linie ergeben sich automatisch deren Längen und somit die Kräfte von Rot und Blau.



Ich persönlich interpretiere das Ergebnis so, daß die X-Streben die volle Kraft von F abführen (können) und keine Kraft in die C-Säule läuft. Zeichne ich dieses für die 450 lb-ft des 429cui werden die Linien länger, das Verhalten bleibt identisch.


Der Auftrag an den Karosseriebauer lautete somit zusätzliche, rechteckige, hohle Verstrebungen in der skizzierten Weise einzubauen bzw zu verschweißen.

Weil ich auf meine Lautsprecher (LS) hinten nicht verzichten möchte, muß die X-Abstützung so konstruiert sein, daß sie die LS-Halterung nicht beein-trächtigen. Die X-Streben selber dürfen punktuell nicht auf dem Radkasten aufliegen.

Es wird ein zusätzliches Stück (grün) benötigt, welches dafür sorgt, daß sich die Kräfte flächig verteilen. Falls möglich auch oben unter der Hutablage einsetzen.
Elegant (und somit besser zu verstecken) ist natürlich ein X, welches auf einer Ebene liegt. Da ich aber denke, daß es einfacher ist, zwei voreinander herlaufende Streben zu verlegen, sollen diese im Kreuzbereich mit einander verschweißt werden (gelbe Linie). Der Wagen kommt später ins KTL Bad.

Es müssen Ablauföffnungen in der Versteifung sein, damit die Flüssigkeit entweichen kann. Soweit meine Vorgabe an den Karosseriebauer, die Ausführung habe ich ihm überlassen.



Wer „seine“ ausführenden Mitarbeiter motivieren möchte, bindet sie so in das Großprojekt mit ein, daß sie es zu ihrem eigenen machen, läßt ihnen den kreativen Spielraum, den sie brauchen, um ihr Können zu zeigen und tolle Arbeit abzuliefern. Schmeißt mal für alle ein Runde Mittagessen und gibt gutes Trinkgeld . So „geführt“ machen sich die Mitarbeiter einen genauen Kopf, wo die Stütze zu platzieren ist. Damit finden die kraftverteilenden Auflagen ihren Platz auf/über dem Rahmenbogen, der über die Hinterachse läuft und die Karosserie dort stützt.



Dieser Gestaltungsfreiraum in der Ausführung ergab das alle Streben auf eine Ebene gebracht wurden. Ja, damit war es zeitaufwendiger, aber sieht um so viel besser aus.
Genügend Platz ist vorhanden, um meine hängenden Lautsprecher zu montieren und auch die Spannfedern für die Kofferraumklappe werden durch dieses nachträgliche Add-On nicht behindert.



Nach der KTL Beschichtung sah das bereits super aus, je mehr Farbschichten auf den Wagen kamen, desto besser wurde das Gesamtbild.



Wie nachfolgend gezeigt, wird es nicht bleiben. Das Kabelgewirr der Stereoanlage wird natürlich hinter einer Sichtblende verborgen.



Noch ist es nur eine Schablone aus Karton, später wird sie aus Schrankwandholz geschnitten und mit weinrotem Kunstleder bezogen.
Zur Befestigung bieten sich Magnete an. Der weitere Plan für den Kofferraum sieht eine, ebenfalls weinrote, Auskleidung vor, mindestens aber eine weinrote Bodenabdeckung.



Fazit: Die oben dargestellten Karosserieversteifungen, sind grundsätzlich nicht bei jedem Mustang I erforderlich.
Ich habe mich für diese Add-Ons entschieden, weil ich es für mein Resto-Projekt, innerhalb der ganzheitlichen Betrachtung, und möglicher, zukünftigen Ausbauoptionen, als sinnvoll erachtete.

Den Interessierten konnte ich hoffentlich den Findungsweg, mehr oder weniger schlüssig, nahe bringen. Grobe Fehler bei der Statik würde ich ausschließen wollen, spreche mich davon jedoch auch nicht frei. Verweise hier aber auf das WWW und die vielen, auffindbaren Verstrebungen im Heckbereich, diverser Fahrzeugtypen, die, in dem Bereich überwiegend mit X – Systemen arbeiten und nicht mit Y oder A Varianten.

Auf die Ausführung und Idee erhebe ich keinen Anspruch auf geistiges Eigentum, Verwendung und Nachbau auf eigene Gefahr und eigenes Risiko.

Feel free - build your car like you want to!

Viele Grüße
Hans-Jörg


Sicherheitshinweis zu Schweißarbeiten:

Falls ihr nun auf die Nachrüst-Idee kommt, bitte bitte (!) denkt unbedingt an den Brandschutz beim Schweißen! Alles Brennbare muß raus oder aber mit Schweißschutzdecken (ab 18€) abgedeckt werden. Auch ein Feuerlöscher in Reichweite sollte ein MUSS sein.

Spart hier nicht am falschen Ende, es sind schon genug Autos, Garagen, Häuser und Personen deswegen zu Schaden gekommen.

Health & Safety first!

Bericht als PDF: /1966_Mustang_Karosserieversteifung