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| Das Entwicklungsteam
des Heizkörper-Bikes |
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| Herstellung der Negativform
auf der CNC-Fräsmaschine |
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| Einlegen der Carbon-Matten
in die Negativform |
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| Aushärten der
laminieterten Halbschalen im Autoklav |
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| Prototyp im Belastungstest |
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HOCHSCHULSTUDENTEN BAUEN CARBONBIKE
4 Maschinenbaustudenten der Hochschule für Technik, Rapperswil,
entwickelten im Rahmen ihrer Diplomarbeit ein funktionstüchtiges
Carbonbike.
Aufgabestellung / Projektziel
Im Team sollte ein vollgefedertes Mountainbike bis zur Nullserienreife
entwickelt werden. Der Rahmen sollte aus Carbon und die gefederte
Hinterbauschwinge aus Aluminium gefertigt werden. Um dieses
Ziel zu erreichen, wurden Prototypen hergestellt und weiterentwickelt.
Die Kosten des Projekts mussten über Sponsorengelder abgedeckt
werden.
Der Weg zum Ziel führte über folgende Etappen:
– Dimensionierung und Optimierung des Rahmens
– Ermitteln der Rahmenkinematik mit UG-Motion
– Berechnung der Rahmengeometrie mit FEM
– Paralleles Arbeiten an einem komplexen Projekt
– Vorbereitung zur Herstellung / Gespräche mit Herstellern
Wirtschaftliche Fertigung
Zuerst mussten sich die vier Biker-Freunde mit Faserverbund-werkstoffen
vertraut machen. Durch integrale Bauweise sollte die Herstellung
vereinfacht und Gewicht gespart werden. Dies gelang mit einem
Carbonrahmen aus zwei Halbschalen. Mit FEM-Berechnungen wurden
die Rahmengeometrie und die Rahmenkinematik ermittelt und der
Materialmix bestimmt. Schwer abschätzbar waren die Beanspruchungen,
um das Bike punkto Festigkeit und Steifigkeit korrekt auszulegen.
Angepeilt wurde die Zielgruppe Enduro.
Für den Bike-Rahmen wählten sie Prepreg, welches im
Autoklaven ausgehärtet wurde.«Die Compositetechnik
ist sehr teuer. Den Hinterbau auch in Carbon zu fertigen, wäre
unsinnig», erklärt Bikefan Pfyl. «Mit einer
Alu-Konstruktion liessen sich die Teile der Hinterbauschwinge
spanend bearbeiten und miteinander verschweissen.» Der
Hinterbau wurde auf 150 mm Federweg ausgelegt, der Pedalrückschlag
errechnet und minimiert. «Da das Bike in extremem Gelände
zum Einsatz kommt, gingen wir von relativ hohen Lastkräften
aus», so Studienkollege Markus Föllmi. «An
den Gelenken des Hinterbaus treten dieselben Kräfte auf
wie am Haupt-rahmen, da die beiden Elemente über Zweigelenkstäbe
verbunden sind.»
Design
«Mit dynamischen Formen, fliessenden Übergängen
und variablen Querschnitten wollten wir den Hauptrahmen so konzipieren,
dass der Biker ihn sofort als echten Carbonrahmen erkennt»,
so Thomas Tischhäusler.
Herstellung in die Konstruktion einbeziehen
Bei jedem Entwicklungsschritt musste die Crew der industriellen
Umsetzbarkeit und dem Kostenrahmen Rechnung tragen. Für
rund 100 Einzelteile und Arbeitsgänge mussten geeignete
Maschinen und Spezialisten gefunden werden. «Oft durften
wir die Infrastruktur dieser Unternehmen benutzen», erinnert
sich Urs Bruhin. Besonders regionale KMU hatten für ihr
Anliegen ein offenes Ohr.
So wurde auch die PaucoPlast AG
in Altendorf kontaktiert, auf welche das Team bei der Internet-Suche
nach einem Compositehersteller gestossen war.
«Ich war fasziniert, mit welcher Entschlossenheit und
mit wie viel Durchhaltewillen die Studenten ans Werk gingen»,
betont Firmenchef Paul
Pfenninger. Er stellte den künftigen Ingenieuren nicht
nur den Carbonrahmen günstig her, sondern half auch mit
wertvollen Tipps. Die Haba AG in Cham stellte dem Team spontan
hochfestes, teures Spezial-aluminium zur Verfügung. Für
das Schweissen der Alu-Teile sprang die Stutz Schweisstechnik
in Hinwil ein.
Heizkörper-Hightech
Im Oktober 2004 war es so weit: Zwei Prototypen standen bereit,
um in Tests die Betriebs- und Materialsicherheit zu beweisen.
Es galt, Labormessungen durchzuführen sowie Steifigkeitswerte,
Geometrie- und Kinematikdaten zu sammeln. Verschiedene Dauertests
nach DIN waren angesagt. Die Belastungstests führte die
velotech.de GmbH in Schweinfurt durch.
Praxistests
Der ehemalige Radrennfahrer Ruedi Hafner anerbot sich, die Leistungsfähigkeit
des 13.5 kg leichten Bikes mit zwei Radfahrerkollegen in unterschiedlichem
Gelände einen Tag lang zu testen. Ihr Urteil fiel positiv
aus. «Die Hinterbaufederung des Bikes spricht sensibel
auf kleinste Unebenheiten an. Das Bike ist ergonomisch und sicher»,
kommentierte Ruedi Hafner. «Der grosse Federweg bietet
im Gelände viel Komfort, ohne die Steigfähigkeit an
Steilhängen zu beeinträchtigen, keine Selbstverständlichkeit
für ein Endurobike.» Etwas nachteilig wirkte sich
die hecklastige Sitzposition aus. Sie vermindert, den Vortrieb
in der Ebene und entlastet bergauf das Vorderrad zu stark –
ein Mangel, den das Team noch beheben will. «Noch sind
konstruktive Anpassungen erforderlich. Aber es ist erstaunlich,
wie die Equipe ohne jegliche Erfahrung, ein derart tolles Bike
bauen konnte.»
Fit für die Zukunft
«Der Weg zum Erfolg war kein Spaziergang. Es brauchte
eine tüchtige Portion Einsatz», hält Markus
Föllmi Rückschau. «Die meisten Kollegen hielten
uns für verrückt, dass wir zu viert eine Diplomarbeit
anpackten, die uns beinahe ein Jahr lang alles abverlangte.»
Doch das «Nicht-locker-Lassen» erschloss den Technikfreaks
die nötigen Ressourcen. «Um Mittel zu beschaffen,
muss man etwas Konkretes auf den Tisch legen», konstatiert
Urs Bruhin. «Oft mussten Teile nachbearbeitet werden,
was den Terminplan gefährdete. Dann wiederum bangten wir
um die nötigen Finanzen», blickt Marc Pfyl zurück.
«Im Umgang mit all diesen Problemen lernten wir ebenso
viel wie durch das Konstruieren selbst.»
2005 soll das Bike als Marke «Heizkörper» zur
Nullserienreife gebracht werden. Anschliessend ist geplant,
das Bike mit geeigneten Partnern auf den Markt zu bringen. |
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PaucoPlast AG
Talstrasse 14
8852 Altendorf
Fon +41 55 451 11 44
Fax +41 55 451 11 49
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