Gut gefedert auf die Mountainbike-Piste

Bei vollgefederten Mountainbikes sind der FAHRRADrahmen und das Hinterrad
baulich getrennt – verbunden werden sie über ein Bauteil mit drei
Bolzen-Schrauben-Verbindungen, den so genannten Rocker.

Der vollgefederte
Rahmen ist dadurch schwerer als ein ungefederter und das gesamte FAHRRAD
verliert an Steifigkeit. In einer Studienarbeit hat Maschinenbaustudent
Norbert Schramm unter Betreuung von Prof. Dr. Lothar Kroll und Jörg Kaufmann
von der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU
Chemnitz ein solches Bauteil der Firma GHOST Bikes GmbH unter die Lupe
genommen und optimiert.

Ausgangspunkt waren Serienbauteile aus Aluminium sowie
kohlenfaserverstärktem Kunststoff (CFK). “Wir haben die Bauteile mit
Dehnungsmessstreifen ausgestattet und sind mit dem FAHRRAD eine größere
Treppe herunter gesprungen, um Extrembelastungen unter realistischen
Bedingungen nachzuvollziehen”, berichtet Kaufmann. Anschließend haben die
Wissenschaftler den “Treppensprung” auf eine klassische Druckprüfung
übertragen, um den realen mehrachsigen Belastungsfall zu vereinfachen und
auf ein numerisches Modell zu übertragen. Der Vergleich zwischen Aluminium-
und CFK-Bauteil ergab, dass die CFK-Variante bei halbem Gewicht eine etwas
geringere Steifigkeit aufweist.

Durch umfangreiche numerische Simulationen sowie eine aus der Luft- und
Raumfahrt bekannte Festigkeitsbewertung entwickelten die Wissenschaftler ein
aus 34 Materialschichten bestehendes optimiertes CFK-Bauteil. Wesentlicher
Vorteil ist dabei, dass dieses Bauteil bei einem Gewicht von 65 Gramm
steifer als das 114 Gramm schwere Aluminiumbauteil ist und somit zu einer
wesentlichen Verbesserung der Fahreigenschaften beiträgt.

“Die im Rahmen der Projektarbeit gewonnenen Erkenntnisse sind bereits in die
Entwicklung der ab September erhältlichen neuen Modellpalette des
Unternehmens GHOST Bikes GmbH eingeflossen”, sagt Kaufmann und ergänzt:
“Weitere Kooperationen zwischen dem Unternehmen und der TU sind geplant.”
Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht beispielsweise bei der
Untersuchung der Belastung des Bauteils in Abhängigkeit von der Rahmengröße
des FAHRRADs, bei der numerischen Simulation des gesamten FAHRRADes unter
Gesichtspunkten der Dauerfestigkeit und bei der Auslegung sowie der
Optimierung der Schraubverbindung zwischen Rocker und FAHRRADrahmen. Die
Wissenschaftler setzen dabei voll auf den schwarzen Zukunftswerkstoff CFK.