Konstruktion einer Fahrradfedergabel mit Parametervatiation zur Verbesserung von Steifigkeit und Gewicht

Abstract

Die Zielsetzung der Arbeit war eine genaue Analyse der einzelnen Federgabelbauteile und eine darauf basierende Konstruktion, dessen Zweck eine Verbesserung des Quotienten aus Federgabelsteifigkeit und Gewicht war. Wichtig dabei war jedoch, die Kompatibilität zu denen am Markt bestehenden Bauteilen einzuhalten, um andere erhältliche Federgabeln als Referenz angeben und einen Vergleich ziehen zu können. Basierend auf den Belastungen der in Fachkreisen üblichen Steifigkeitsmessungen wurden die Einzelkomponenten einer Federgabel hinsichtlich Kraft- und Biegemomentenverlauf analysiert. Diese Erkenntnisse wurden anschließend interpretiert und in einer konkreten Konstruktion umgesetzt. Die Bauteile wurden mittels Dreh- und Fräsbearbeitungen in reale Muster umgesetzt und anschließend die Kennwerte auf einem dafür gebauten Prüfstand ermittelt. Um Parameter zu finden, welche die Steifigkeit bei gleichbleibendem Gewicht merklich erhöht, wurden verschiedene Variationen in Durchmesser, Wandstärke und Materialien vorgenommen. Diese Variationen fanden in drei Iterationen statt, welche jeweils aufgrund der theoretischen Grundlagen erstellt wurden. Wie sich gezeigt hat konnten einige signifikante Stellen herausgefunden werden, mit welchen der Quotient aus Steifigkeit und Gewicht im Gesamtkonstrukt einer Fahrradfedergabel sinnvoll und lohnend erhöht werden kann. Auch haben sich Stellen gezeigt, welche zwar aufgrund der theoretischen Verbesserung des Einzelteiles viel Verbesserungspotential hätten vermuten lassen, sich aber im Gesamtkonstrukt nicht als zielführend erwiesen haben. In der Ergebnisdiskussion wird auf weitere Möglichkeiten zur Optimierung hingewiesen, mit welchen man durch eine weitere Beschäftigung mit diesem Thema noch große Verbesserungen zu erwarten hätte.

This aim of this thesis was an detailed analysis of the separated parts of a mountainbike suspension fork as well as a further construction to improve the quotient of stiffness and weight. Of a high importance has been the compatibility to existing mountainbike standards, which means to have the possibility of a comparison to already existing products. Based on the loads of the common stiffness-tests in professional circles, the single parts of the fork was analysed regarding force and bending moments. This knowledge was further interpreted and turned into a concrete construction. Furthermore these parts have been realized as real models with milling and lathing from aluminium and steel. Afterwards the parameters of the model had been taken on a test station, that was built for this purpose. To find parameters which improve stiffness without adding weight, several variations have been done in diameter, wall-thickness and materials. This variations took place in three iterations, which again based on the theoretical knowledge. It discovered several components and details, that improved the stiffness/weight ratio in this technical construct in an effective and efficient way. In addition to this, there have also been details, that promised high capability of raising stiffness, but they were not as effective as it seemed to be in the construction. In the result discussion there are mentioned several possibilities for further optimization of some of the described fields.