Optimierung eines Fahrwerkrahmens für ein 3-rädriges E-Bike im Hinblick auf die Sereinfertigung

Abstract

Das Thema dieser Diplomarbeit ist die Optimierung eines Fahrwerkrahmens für ein elektrisch unterstütztes, dreirädriges Fahrrad. Das Besondere an diesem Fahrzeug ist, dass es für zwei Personen und mit einer Vollverkleidung konzipiert ist. Dabei sollen sich an der Vorderachse zwei Räder und an der Hinterachse ein angetriebenes Rad befinden. Um Fahrkomfort sowie Fahrverhalten zu verbessern, soll eine Vollfederung und eine Kurvenneigefunktion integriert werden (näheres dazu in Kapitel 1). In Kapitel 2 werden die rechtlichen Grundlagen erklärt, welche im Fahrradbau zu berücksichtigen sind. Des Weiteren wird hier auf die fahrwerkstechnischen Grundlagen sowie auf die wichtigsten konstruktiven Fahrwerkskenngrößen eingegangen. In Kapitel 3 wird auf den Aufbau der Bauteile sowie deren Finite-Elemente-Analysen eingegangen. Ausgegangen wird von einem groben und in weiten Teilen unvollständigen Konzept des Rahmens und einigen bereits vorhandenen Fahrradkomponenten. Aufbauend auf die theoretischen Grundlagen wird der Fahrradrahmen mit den Radaufhängungen inklusive Vollfederung und sämtlichen Befestigungsvorrichtungen für die Anbauteile konstruiert. Hinzu kommen noch Teile für Sitze, Lenkung und die Antriebskomponenten von Kurbeltrieb über Elektromotor bis hin zur Schaltung und Laufrädern. Dabei wird auf Flexibilität hinsichtlich Teileauswahl und Fahrwerkseinstellung geachtet. Anschließend an die Konstruktion der Bauteile wird die Finite-Elemente-Analyse durchgeführt. Für jedes wichtige Bauteil wird ein Berechnungsmodell erstellt und erklärt sowie die Ergebnisse diskutiert. Zuletzt erfolgt im Ausblick eine Diskussion über die nächsten Schritte, welche über diese Arbeit hinaus notwendig sind, um das Projekt erfolgreich weiterzuführen.

The subject of this master thesis is the optimization of a chassis frame for an electric assisted, three-wheeled e-bike. This vehicles special feature is that it is designed for two people and a hood like a car body. Three-wheeled means, that this vehicle has two wheels on the front axle and one driven wheel at the rear axle. In order to improve ride comfort and driving behavior, a full suspension and a curve tilt function should be integrated (more details in Chapter one). Chapter two explains the legal bases which have to be considered in bicycle development and the basics of the chassis technology as well as the most important chassis parameters are discussed. Chapter three discusses the structure of the components and their finite element analyzes. The starting point is a rough and largely incomplete concept of the chassis frame with some existing bicycle components. Based on the theoretical foundations, the chassis frame with an included full suspension and all fastening device for the attachment parts is designed. After that, all parts for seats, steering components and driveline components (crank mechanism, electric motor, wheels) are designed. Attention is paid to flexibility in terms of parts selection and suspension settings. Additionally a finite element analysis is performed. For each important component, a calculation model is created and explained followed by a discussion of the results. Finally, the discussion about further steps, which are necessary to continue the project successfully, can be found in the outlook.