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Schluckspecht project
(2022)
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Fertigung der beiden vorderen Radkästen des Fahrzeugs einschließlich konstruktiver Auslegung und Berechnung aufgezeigt. Zu Beginn der Bachelorthesis ist bereits eine Vorauslegung der Radkasten-Konstruktion auf Basis der Strömungsoptimierung vorhanden, welche für die Auslegung und Fertigung dieser Arbeit herangezogen wird.
Über eine geeignete Konzeptfindung hinsichtlich den an die Radkästen gestellten Anforderungen und über die fertigungsgerechte Auslegung des auf Leichtbau getrimmten Bauteils wird demzufolge die eigentliche Fertigung mittels CFK-Prepreg erläutert.
Die Konzeptionsphase beinhaltet nach einer Wettbewerbsanalyse sowie dem Belehren über diverse Analogien die generelle Lösungsfindung des Konzepts über eine Nutzwertanalyse.
Im Bereich der Konstruktion wird die vorhandene Vorauslegung weiter optimiert und zusammen mit den benötigten Aussparungen sowie den Befestigungselementen für den Verbau beschrieben. Hinsichtlich Konstruktion wird zudem eine gewisse Bauteilfestigkeit vorausgesetzt, die über eine Modalanalyse abgesichert wird. Betreffend Befestigung werden 3D-Druck-Teile modelliert und eingesetzt. Zur Umsetzung der Befestigung an der Radnabe wird darüber hinaus die Radverschraubung so überarbeitet, dass eine simultane Befestigung des Radkastens und des Rades ermöglicht wird.
Für die Fertigung der Radkästen wird auf die CFK-Prepreg Technologie zurückgegriffen, für welche im Vorfeld diverse Versuchs- und Einstellparameter geklärt werden. Zu den Parametern zählen in erster Linie die angefahrenen Druck- und Temperaturwerte für die Aushärtung sowie ein präziser Aufbau der einzelnen Lagen für die Prepreg-Fertigung.
Konstruktiv besteht ein Radkasten aus zwei Hälften, die im Anschluss der Fertigung mittels geeigneter Verbindungsteile und über das Verfahren des Nasslaminierens zusammengefügt werden.
Den Abschluss der Bachelorthesis bildet das Einpflegen des vollständigen CAD-Modells sowie der Verbau der beiden Radkästen am Gesamtfahrzeug.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Radträger für ein Leichtbaufahrzeug entwickelt werden. Dieser soll ein niedriges Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen und fertigbar sein.
Dabei wird über einen iterativen Prozess aus Simulation, Topologieoptimierung und Neukonstruktion ein neues Radträgerdesign entwickelt.
Zu Beginn der Arbeit wird auf die wissenschaftlichen Grundlagen eingegangen. Dabei spielen vor allem das Thema Leichtbau sowie die finite Elemente Methode eine Rolle. Es wird auf Prinzipien der Konstruktion eingegangen, um das Bauteil fertigungsgerecht und auch effizient zu gestalten.
Im nächsten Kapitel wird der aktuelle Stand der Technik genauer untersucht. Hierbei wird der Entwicklungsprozess der aktuellen Radträger-Varianten untersucht und diese mittels FEM nachgerechnet. Zuvor werden noch die für die Simulation benötigten wirkenden Kräfte berechnet und Plausibilitätstests durchgeführt, bei denen Computersimulationen mit realen Messwerten auf deren Richtigkeit überprüft werden.
In den letzten Kapiteln geht es um die Entwicklung des Radträgers. Hier werden einige Konzepte entwickelt und mittels FEM-Simulationen getestet. Durch den Einsatz von Topologieoptimierungen wird versucht, das Gewicht des Radträgers bei gleichbleibender Steifigkeit zu senken.
Im Rahmen einer Kraftstoffumstellung des Fahrzeuges Schluckspecht 5 wird diesem ein neuer Antriebsstrang verliehen. In einer bereits bestehenden Hinterachsbaugruppe sind funktionale Optimierungen vorgenommen worden, welche den Fahrzeugeinbau des Antriebsstrangs beschleunigen.
Durch die bestmögliche Ausrichtung und Justierung aller am Antriebsstrang verwendeten Bauteile konnte das erhöhte Reibmomentaufkommen an der Radnabe um 60 % verringert werden. Um diesen Zustand reproduzierbar zu gestalten, steht dem Team Schluckspecht ab sofort eine Montageanleitung bereit. Diese stellt ein Schritt-für-Schritt-Dokument für die Reibmoment-Reduzierung im Antriebsstrang dar.
Die mechanische Bearbeitung der am Schaltvorgang beteiligen Zahnräder sorgt für ein besseres axiales Einfinden bei einem Gangwechsel. Eine neue Getriebehalterung soll dafür Sorge tragen, dass sich auftretende Verspannungen aus dem Antriebsstrang nicht in die Getriebeeinheit übertragen. Ob der Schaltvorgang des Fahrzeuges damit reibungslos vollzogen werden kann, muss in Versuchen im Nachgang bestätigt werden.
Eine 3D-gedruckte Polradabdeckung verhindert potenzielle Gefahrenstellen durch sich drehende Teile am Motorblock. Dieses Bauteil wurde nach den dafür vorgesehenen Sicherheitsstandards entwickelt.
Da es sich beim Schluckspecht 5 um ein Leichtbaufahrzeug handelt, musste die Anforderung einer geringen Masse mit gleichzeitig genügend Steifigkeit stets beachtet werden. Außerdem darf keine der vorgenommenen Arbeiten den Wirkungsgrad des Fahrzeuges negativ beeinflussen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Weiterentwicklung der Hinterradbaugruppe weiter vorangetrieben. Durch das genaue Betrachten verschiedener Sachverhalte entstehen neue Anpassungs- und Neukonstruktionen, mit dem Hauptaugenmerk der Antriebsfunktionalität und Elektrokomponentenbefestigung. Nach der Anpassung einer Ritzeladaption und einer Änderung der Elektromotoraufnahme wird der Antriebsstrang, in Form eines Kettentriebs, eingerichtet. Dazu wird der vorausgewählte Motor mit der angepassten Aufnahme verbunden und an die vordefinierte Stelle platziert. Zur Inbetriebnahme findet parallel eine Änderung der Radachsenaufnahme statt, um das Hinterrad mittig widerholbar ausrichten zu können. Unter dem Aspekt der der Sicherheit und Funktionalität erfolgt in Folge dessen die Konzipierung eines Radkatens und Kettenschutzes. Aus zeitlichen Gründen wird vorrangig das Konzept des Radkastens umgesetzt, weil diese Geometrie früher benötigt wird. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit ist die Konzipierung eines Bremsenhalters. Dazu findet zu-nächst eine Bauraumanalyse statt, diese zu einem groben Bauraummodell führt. Daraufhin werden verschiedene Topologie- und Formoptimierungen, für die Erzielung eines robusten Bremsenhalters, durchgeführt. Im letzten Teil des Arbeitsumfangs erfolgt die Ermittlung verschiedene Aufnahmekonzepte für die Elektrokomponenten. Neben einer Schubladenlösung für die Energiebox findet parallel die Anfertigung einer Batteriebox mit Schiebedeckelvariante statt. Die angefertigten Boxen sind durch die vollständige Ausarbeitung bereit für die Erstellung eines Anbindungskonzepts an die, ebenfalls neuentwickelte, Elektrokomponentenaufnahme.