Betriebslastenermittlung, Dimensionierung, strukturmechanische und fahrwerkstechnische Untersuchungen von Mountainbikes

Produktbeschreibung

/ Mountainbikes werden durch ihre sportliche Verwendung auf Geländestrecken sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Für diese Fahrzeuge werden die im Fahrbetrieb wirkenden Belastungen ermittelt und Berechnungen der zu erwartenden Lebensdauer durchgeführt. Bei der Belastungsermittlung zeigen Rahmen und Vorderradgabel ein ausgeprägtes Eigenschwingungsverhalten. Experimentelle Modalanalysen und Betriebsschwingformmessungen sowie Berechnungen mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) bestätigen dies. Durch Vorder- und Hinterradfederungen bei Mountainbikes ergeben sich Probleme bei Lastwechselreaktionen und kinematische Rückwirkungen auf den Antrieb. Zur Beschreibung wird eine analytische Modellbildung vorgestellt. Der Komfortgewinn durch Federungen wird durch Messung der Schwingungsstärke ermittelt. Die Auswirkungen von Federungen auf die Rahmenbeanspruchung und auf den Leistungsbedarf werdengemessen. Weiterhin wird die Vertikaldynamik eines vollgefederten Mountainbikes mit Fahrer mit einem Mehrkörper-Simulationsprogramm simuliert und experimentell mit dem Mototgrafie-Verfahren abgeglichen. / / / / Inhaltsverzeichnis / / / / 1. Einleitung / / / 1.1 Problemstellung / 1.2 Zielsetzung / / / / 2. Dimensionierung von Fahrrädern / / / 2.1 Die klassische Dimensionierung / 2.2 Möglichkeiten der Dimensionierung / 2.2.1 Betriebslastenermittlung / 2.2.2 Gestaltfestigkeit / 2.2.3 Betriebsfestigkeit / / / / 3. Ermittlung der Belastungen von Mountainbikes im Fahrbetrieb / / / 3.1. Einsatzbedingungen von Mountainbikes / 3.2 Anwendung von Dehnungsmeßstreifen / 3. Meßdatenerfassung / 3.3.1 Telemetrie / 3.3.2 Data-recording / 3.4 Vorbereiten der Meßfahrten / 3.4.1 Auswahl der Meßstellen / 3.4.2 Kalibrierung der Meßstellen / 3.4.3 Auswahl der Meßbedingungen / 3.5 Meßdatenaufbereitung / 3.5.1 Zeitsignalnachbearbeitung / 3.5.2 Interpretation der Meßergebnisse / 3.6 Ergebnisse der Meßfahrten / 3.6.1 Lenker / 3.6.2 Vorbau / 3.6.3 Sattelstütze / 3.6.4 Gabel / 3.6.5 Vorderrad / 3.6.6 Rahmen und Hinterrad / 3.7 Zusammenfassende Betrachtungen zu den Belastungen von Mountainbikes / / / / 4. Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Mountainbikes / / / 4.1 Das Verfahren der Betriebsfestigkeitsrechnung / 4.1.1 Konzepte der Betriebsfestigkeitsrechnung / 4.1.2 Gewähltes Berechnungskonzept / 4.1.3 Untersuchte Fahrräder / 4.2 Ermitteln der Bauteilwöhlerlinien / 4.2.1 Statischer Zugversuch / 4.2.2 Schwingversuche / 4.3 Bestimmen der Beanspruchungen aus den Fahrbetriebsmessungen / 4.3.1 Entstehungsursachen von Belastungen / 4.3.2 Meßstellen / 4.3.3 Durchführen der Messungen und Kollektivbildung / 4.3.4 Klassierverfahren / 4.4 Die Lebensdauer der Mountainbikes / 4.5 Zusammenfassende Betrachtung zur Betriebsfestigkeit von Mountainbikes / / / / 5. Dynamische Messungen an Mountainbikes / / / 5.1 Experimentelle Modalanalyse / 5.1.1 Fouriertransformation und Ermittlung der modalen Parameter aus gemessenen Frequenzgängen / 5.1.2 Parameterbestimmung durch Kurvenermittlung / 5.1.3 Durchführung der Messungen / 5.1.4 Auswertung / 5.1.5 Ergebnisse der Modalanalyse / 5.2 Betriebsschwingformmessungen / 5.2.1 Wahl der Meßpunkte / 5.2.2 Durchführung der Betriebsschwingformmessung / 5.2.3 Betriebsschwingungen des Mountainbikes / 5.3 Bestimmung der Dämpfung von Fahrradrahmen / 5.3.1 Allgemeine Bestimmung der Dämpfung / 5.3.2 Dämpfung von Fahrradrahmen / 5.4 Zusammenfassung der Ergebnisse der dynamischen Messungen / / / / 6. Rechnerische Untersuchungen / / / 6.1 Spannungs- und Verformungsanalysen mit der Methode der Finiten Elemente / 6.1.1 Allgemeines zur Methode der Finiten Elemente / 6.1.2 Geschichte / 6.1.3 Theorie / 6.1.4 Elementauswahl für Fahrradbauteile / 6.1.5 Modellierung der Bauteile / 6.2 Modellierung der Bauteile / 6.2.1 Rahmenvarianten / 6.2.2 Berechnung von gefederten Rahmen / 6.2.3 Berechnungen an Fahrradgabeln / 6.2.4 Klemmungen an Sattelstütze und Lenker / 6.3 Berechnung des Eigenschwingungsverhaltens des Gesamtfahrzeuges / 6.3.1 Rechnerische Modalanalyse / 6.3.2 Korrelation zwischen FE- und Modalmodell von Fahrradrahmen / 6.3.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der rechnerischen Modalanalyse / 6.4 Ermittlung der dynamischen Antworten auf Fahrbahnanregungen / 6.4.1 Grundlagen der verwendeten Analysenmethode / 6.4.2 Modellbildung für die Gesamtfahrzeuganalyse / 6.4.3 Durchführung der Simulation / 6.4.4 Ergebnisse der Simulationsrechnungen / / / / 7. Federungen an Mountainbikes / / / 7.1 Fahrbahnunebenheiten als Schwingungsursache / 7.2 Anforderungen an Federungen / 7.2.1 Federung und Dämpfung / 7.2.2 Stoßrichtung / 7.2.3 Nachlauf / 7.2.4 Bremsnickverhalten / 7.2.5 Antriebseinflüsse / 7.3 Systeme der Radführung an Vorderrädern / 7.3.1 Der Nickpol / 7.3.2 Bremsnickausgleich / 7.3.3 Konstruktive Lösungen für Vorderradfederungen / 7.3.4 Bewertung der Vorderradfederungen / 7.3.5 Kinematische Optimierung von Vorderradfederungen / 7.4 Systeme der Radführung an Hinterrädern / 7.4.1 Konstruktive Lösungen für Hinterradfederungen / 7.4.2 Modellbildung für Hinterradfederungen / 7.4.3 Bremsnickverhalten / 7.4.4 Anti-Squat-Effekt / 7.4.5 Pedalrückschlag / 7.4.6 Kinematisches Ansprechverhalten / 7.4.7 Bewertung der Hinterradfederungssysteme / 7.5 Komfortmessungen an vollgefederten Mountainbikes / 7.5.1 Schwingungsrezeption und -abwehr / 7.5.2 Ganzkörperschwingungen / 7.5.3 Einfluß von Schwingungen auf die visuelle Informationsaufnahme und motorische Informationsumsetzung / 7.5.4 Hand-Arm-Schwingungen / 7.5.5 Durchführung der Messungen / 7.6 Strukturelle Beanspruchung des Rahmens / 7.6.1 Untersuchte Vorderradgabeln und Durchführung der Messungen / 7.6.2 Rahmenbeanspruchung und Schwingungsverhalten / 7.6.3 Bewertung der Rahmenbeanspruchung / 7.7 Energiebilanz bei Federungen / 7.7.1 Meßkette zur Leistungsermittlung / 7.7.2 Ergebnisse der Leistungsmessungen / 7.8 Zusammenfassende Beurteilung von Federungen an Fahrrädern / / / / 8. Prüfstandsversuche an Rahmen und Gabeln / / / / 8.1.1 Rahmenprüfstand / 8.1.2 Steifigkeitsmessungen an Mountainbikerahmen / 8.1.3 Dauerschwingversuche / 8.2 Messungen an Fahrradgabeln / 8.2.1 Gabelprüfstand / 8.2.2 Steifigkeitsmessungen an Fahrradgabeln / 8.2.3 Messungen von Kraft-Weg-Verläufern an Federgabeln / 8.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Prüfstandsmessungen / / / / 9. Simulation der Vertikaldynamik gefederter Mountainbikes / / / 9.1 Die Motografie als Methode zur experimentellen Untersuchung von Bewegungsabläufen / 9.1.1 Die Motografie als Wegmeßverfahren / 9.1.2 Auswertung der Motografieaufnahmen / 9.2 Die Mehrkörpersimulation zur rechnerischen Untersuchung der Fahrdynamik / 9.2.1 Modellbildung für das Mountainbike / 9.2.2 Modellbildung des Fahrers / 9.2.3 Bestimmung der Modellparameter / 9.2.4 Durchführen der Simulation / 9.2.5 Vergleich Simulation-Messung / 9.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Untersuchung der Vertikaldynamik / / / / 10. Zusammenfassung / / / 11. Ausblick / / Anhang / / Literaturverzeichnis / / /

Keywords: 330812, Mountainbikes, Betriebslastenermittlung, lebensdauerabschätzung, Schwingungsverhalten, FEM-Berechnungen, Mehrkörpersimulation, / Federung, Komfortmessung, Leistungsmessung, / Prüfstände,