Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit soll eine Kupplung für eine hydraulische Fahrrad Seitenwagenbremse, bei einem Tourenrad der Marke SMIKE, entwickelt und konstruiert werden. Hierbei handelt es sich um ein Fahrrad mit abnehmbarem Seiten-wagen, der als Beifahrersitz ebenso wie als Transportfläche dient. Dieser Seitenwagen ist für eine maximale Zuladung von 75 kg zugelassen und verfügt serienmäßig über Aufnahmen für einen Kindersitz. Durch die drehbare Lagerung ist auch bei angekoppeltem Seitenwagen die Schräglagenfähigkeit des Fahrrades gewährleistet. Wie in Bild 1 zu sehen ist, kann das Modell optional mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb in Form einer Radnabenmotors am Vorderrad ausgestattet werden.
Die Diplomarbeit wird bei der Firma HAWK Bikes Entwicklung und Marketing GmbH in Berlin angefertigt. Zusammen mit dem Schweizer Unternehmen SMIKE AG, wurde das Fahrrad und der Seitenwagen entwickelt und ging Mitte des Jahres 2006 in Serie. Jetzt soll der Seitenwagen mit einer hydraulischen Felgenbremse der Marke MAGURA aus-gestattet und an die Hinterradbremse des Fahrrades angeschlossen werden. Notwen-dig macht dies die noch ausstehende, vom Schweizer Bundesamt für Strassen (Astra), kantonale Bewilligung für den Personentransport auf dem Fahrrad Seitenwagen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Anforderungen
3 Konzeptvarianten
3.1 Hydraulische Schnellkupplung
3.2 Geber- und Nehmerzylinder
3.3 Abnehmbare Radbremse
3.4 Spannvorrichtung
4 Konzeptauswahl
5 Praktische Umsetzung
6 Umsetzung in CAD
6.1 Fahrrad und Seitenwagen
6.2 Spannvorrichtung
6.2.1 Auswahl und Dimensionierung der Zugfedern
6.2.2 Positionierung der Spannvorrichtung
6.2.3 Befestigungskriterien der Spannvorrichtung
6.2.4 Befestigung der Spannvorrichtung
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Literatur
9 Anhang
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung und Konstruktion einer mechanischen Kupplung für eine hydraulische Fahrrad-Seitenwagenbremse. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, eine betriebssichere Verbindung zu schaffen, die beim Ankoppeln des Seitenwagens automatisch das Bremssystem aktiviert und bei abgekoppeltem Zustand die volle Funktionalität der Hinterradbremse des Zugfahrrads sicherstellt, ohne dass konstruktive Änderungen am Rahmen notwendig sind.
- Entwicklung mechanischer Kopplungssysteme für hydraulische Bremsen
- Methodische Auswahl und CAD-gestützte Konstruktion einer Spannvorrichtung
- Berücksichtigung von Dynamik und Kinematik bei Seitenwagenbetrieb
- Dimensionierung von Federmechanismen zur automatischen Verriegelung
- Machbarkeitsstudie und praktische Prototypenerprobung
Auszug aus dem Buch
3.4 Spannvorrichtung
Bei dieser Variante, die Bremskraft von der Hinterradbremse des Fahrrades zur Radbremse des Seitenwagens zu übertragen, besteht die Grundidee darin, zwei MAGURA Bremszylinder bündig gegenüberliegend in einer Spannvorrichtung zu fixieren, Bild 11 und 12. Dabei ist der eine Bremszylinder fest mit der Spannvorrichtung verbunden und dient, angeschlossen an die Fahrradbremse, als Geberzylinder. Der andere Bremszylinder kann aus der Spannvorrichtung entfernt werden, siehe Bild 13 und fungiert, angeschlossen an die Seitenwagenbremse, als Nehmerzylinder.
Die Spannvorrichtung mit dem Geberzylinder ist starr am Fahrrad montiert, während der Nehmerzylinder flexibel am Seitenwagen angebracht ist. Dadurch können die Relativbewegungen zwischen Fahrrad und Seitenwagen ausgeglichen werden. Bei angekoppeltem Seitenwagen befinden sich beide MAGURA Bremszylinder in der Spannvorrichtung. Hierbei stützen sich die Bremsbeläge auf den Zylinderkolben gegeneinander ab und die Kraft des Fahrradbremssystems wird auf das Bremssystem des Seitenwagens übertragen. Dabei sind der Abstand der beiden Bremszylinder in der Spannvorrichtung sowie die Menge des Hydrauliköls im Seitenwagenbremssystem so zu bemessen, dass der Kolben des Nehmerzylinders ausgefahren ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung des Projekts zur Bremskraftübertragung für ein Tourenrad mit Seitenwagen und Definition des Handlungsbedarfs.
2 Anforderungen: Festlegung technischer Vorgaben bezüglich Sicherheit, Zuverlässigkeit, Wartungsarmut und mechanischer Realisierbarkeit der Kupplung.
3 Konzeptvarianten: Vergleich verschiedener Lösungsansätze, wie Schnellkupplungen oder Zylindersysteme, hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatzzweck.
4 Konzeptauswahl: Begründung für die Entscheidung zugunsten des Konzepts „Spannvorrichtung“ aufgrund technischer und ökonomischer Vorteile.
5 Praktische Umsetzung: Dokumentation des Prototypenbaus zur Validierung der Funktionsweise des gewählten Kupplungskonzepts.
6 Umsetzung in CAD: Detailkonstruktion des Gespanns und der Spannvorrichtung unter Berücksichtigung kinematischer Anforderungen sowie werkstofftechnischer Aspekte.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Rückblick auf den Entwicklungsprozess und Empfehlungen für weiterführende Schritte zur Serienreife.
8 Literatur: Auflistung der verwendeten Informationsquellen und technischen Datenblätter.
9 Anhang: Detaillierte Verzeichnisse und spezifische Berechnungsunterlagen zu den verwendeten Bauteilen.
Schlüsselwörter
Fahrzeugtechnik, Seitenwagenbremse, Hydraulik, Spannvorrichtung, Bremskraftübertragung, CAD-Konstruktion, Fahrradmodifikation, Sicherheitstechnik, Nehmerzylinder, Geberzylinder, Zugfedern, Mechanik, Prototyping, Konstruktion, Kinematik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion einer zuverlässigen, mechanischen Kupplung, um die Bremsanlage eines Fahrrad-Seitenwagens mit der Hinterradbremse des Zugfahrrads zu synchronisieren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit behandelt Themen wie Fahrzeugdynamik, hydraulische Bremssteuerung, mechanische Spanntechnik und rechnergestützte Konstruktionsmethoden (CAD).
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist eine zwangsläufige Bremskraftübertragung, die bei angekoppeltem Seitenwagen die volle Bremswirkung ermöglicht und bei Solobetrieb die automatische Verriegelung des Systems gewährleistet.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine methodische Vorgehensweise gewählt, die von der Anforderungsanalyse über die Konzepterstellung und Machbarkeitsprüfung mittels Prototyp bis hin zur detaillierten CAD-Konstruktion reicht.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden verschiedene Konzeptvarianten evaluiert, die „Spannvorrichtung“ detailliert ausgelegt, Federkräfte berechnet und die CAD-Umsetzung sowie Befestigungskriterien ausführlich dokumentiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Fahrrad-Seitenwagen, hydraulische Bremse, Spannvorrichtung, mechanische Kopplung und konstruktive Auslegung.
Warum wurde die „Spannvorrichtung“ als bestes Konzept gewählt?
Die Wahl fiel auf dieses Konzept, da es die Hauptforderung der zwangsläufigen Kupplung erfüllt, kompakt baut und bei der Abkopplung den Geberzylinder automatisch blockiert.
Wie werden Relativbewegungen zwischen Fahrrad und Seitenwagen kompensiert?
Dies erfolgt durch eine flexible Aufhängung des Nehmerzylinders mittels Zugfedern, die eine Bewegungsausgleich bei unterschiedlichen Neigungswinkeln des Gespanns zulässt.
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- Alexander Schubert (Author), 2007, Entwicklung und Konstruktion einer Kupplung für eine hydraulische Fahrrad Seitenwagenbremse, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/83403
