Ziel eines laufenden Forschungsvorhabens ist, ein Rennradchassis einschließlich Lasteinleitungselementen für den Breitensport zu entwickeln, das zu den weltweit leichtesten Rennradchassis gehört. Zunächst wird das Anforderungsprofil hinsichtlich Steifigkeit der Rennradgabel und des Rahmens beschrieben. Um die strukturellen Eigenschaften im Vorfeld abschätzen zu können, werden in der Konstruktionsphase numerische Simulationstechniken, wie die Finite-Elemente-Methode angewendet. Die Grundlage der Bauteilauslegung stellten 3D-Balkenmodelle dar, die relativ einfach die Variation der Rahmengeometrie, der Rohrquerschnitte und der Laminatkonfiguration und eine zügige Voroptimierung erlauben. Faser-Kunststoff-Verbunde sind für die in den Rohrquerschnitten überwiegend vorherrschende, einachsige Beanspruchung prädestiniert und können, neben ihrer spezifisch höheren Steifigkeit und Festigkeit im Vergleich zu anderen Leichtbauwerkstoffen, durch die Einstellbarkeit de Orthotropiegrads den entscheidenden Gewichtsvorteil gegenüber isotropen Materialien entfalten. Für Detailanalysen wurden 3D-FE-Modelle mit Schalenelementen generiert, die insbesondere eine genauere Ermittlung des lokalen Kraftflusses in den Knotenpunkten zulassen. Für die Bauweise der beiden Teilstrukturen des Chassis wurden unterschiedliche Konzepte verfolgt. Für die Fahrradgabel bietet sich die Integralbauweise unter Verwendung von Schlauchaufblas- oder Flüssigimprägnierverfahren an. Hiermit lässt sich die Anzahl der Verbindungen minimieren sowie Bauteilgeometrie und Wanddickenverlauf optimal an die äußeren Beanspruchungen anpassen. Für den Rahmen bietet sich die Fertigung von Einzelstrukturen an, die für verschiedene Rahmengrößen verwendet werden können Hier kommen ebenfalls das Schlauchaufblas- oder Flüssigimprägnierverfahren in Frage. Die Verbindung der Rohre in den Knotenpunkten stellen die höchstbeanspruchten Bereiche des Rahmens dar. Hier soll im Rahmen der Forschungsarbeit eine Muffenbauweise weiterentwickelt und angewendet werden. Für die Befestigung der Komponenten wie Tretlagergewindebuchsen, Ausfallenden, Sattelklemme und Lagereinsätze sind Lasteinleitungselemente erforderlich. Diese können stoffschlüssig mittels Klebeverbindungen an die ausgehärteten CFK-Bauteile gefügt werden. Vorläufige Berechnungsergebnisse werden aufgezeigt.
Entwicklung eines ultraleichten CFK-Rennrad-Chassis in Differentialbauweise
2004
12 Seiten, 6 Bilder, 8 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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