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Erfassung der Fahrbetriebslasten und Definition der Randbedingungen

Das Mountainbike ist extremen Belastungen ausgesetzt: Der hohe Anteil von schlechten Wegen und Hindernissen im Gelände, in Abhängigkeit des Fahrkönnens aber auch Bordsteine, Treppenstufenabfahrten, Wheelies oder Sprünge während Abfahrten im Gelände fordern Fahrradrahmen und Komponenten immer wieder aufs Neue. Gleichzeitig erlauben moderne Kettenschaltungen selbst Steigungen von über 20% problemlos, was wiederum zu hohen Antriebskräften im Gesamtsystem Fahrrad führt. Federungssysteme ermöglichen, kleine wie auch große Hindernisse zu überfahren, ohne merklich an Geschwindigkeit zu verlieren. Verzögert wird das Mountainbike in der Regel mit hochwirksamen Scheibenbremsen in Kombination mit speziellen Mountainbike Reifen, die in der Regel auf maximalen Grip optimiert sind. Zusammengefasst führt dies zu hohen dynamischen Belastungen, die auf das Mountainbike während des Fahrbetriebs wirken.

Die Erfassung der Fahrbetriebslasten im Rahmen der Realdatenmessung erfolgt mit einem speziell aufgebauten Fahrversuchsträger, an dem spezielle Kraft- bzw. Momenten- und Beschleunigungsaufnehmer sowie Dehnungsmesstreifen montiert sind. Insgesamt haben wir 32 unterschiedliche, relevante Messstellen identifiziert und mit den entsprechenden Sensoren versehen.  

Für die Durchführung der Messfahrten ist es notwendig, die entsprechenden Randbedingungen für die Nutzung des Mountainbikes zu definieren.

Hierzu gehören u.a. die

  • Definition repräsentativer Lastfälle (Fahrmanöver und Sonderlastfälle) sowie die Festlegung der max. Betriebshöchstlasten (z.B. Fahrergewichte)
  • Festlegung der Nutzungsdauer (Kilometer oder Jahre)
  • Festlegung von Auftretenswahrscheinlichkeiten für die Höchstlasten und Schwingspiele/Kilometer

Die Durchführung der Messfahrten erfolgt mit unterschiedlichen Fahrerprofilen (Fahrkönnen und Fahrergewicht) und basiert auf den im Vorfeld definierten Versuchstrecken, die die charakteristischen Merkmale beinhalten. In Summe wurden von uns über 200 verschiedene Messfahrten mit 5 unterschiedlichen Fahrerprofile durchgeführt, um einen Gesamtüberblick auf die im Fahrbetrieb auftretenden Belastungen am Mountainbike zu erhalten.

Zusätzlich können im Rahmen der Realdatenmessung die maximal auftretenden Belastungen am Rahmen extrahiert werden. Diese lassen sich im Wesentlichen auf 5 Belastungszentren reduzieren, die die Kontaktpunkte zwischen Mensch und Fahrrad bilden.  

  • Lenker
  • Sattel
  • Pedale
  • Radaufnahme
  • Bremsaufnahme  

Die experimentell ermittelten Maximallasten bilden die Grundlage für unsere Vordimensionierung und die folgenden virtuellen Belastungssimulation der Rahmenbauteile mit Hilfe der Finiten-Element Analyse. Somit können bereits während der 3D-Konstruktionsphase des Rahmens Informationen über die auftretenden max. Beanspruchungen gewonnen werden.

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