Fraunhofer-Gesellschaft
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Projekte

Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik

Aktives Feder-Dämpfer-Element

Eine ausgeprägte „Mensch-Maschine-Interaktion“, ein stark schwankendes Antriebsmoment und die Massenverhältnisse zwischen Fahrrad und Fahrer führen zu Herausforderungen bei der Auslegung von Mountainbikefahrwerken und den hierin verwendeten Feder-Dämpfer-Elementen. Die in den letzten Jahren zunehmenden Federwege führen ebenso zu hohen Anforderungen an das Dämpfungssystem.

Neben dem Zielkonflikt zwischen Komfort und Fahrsicherheit werden durch die Kunden in der Regel hohe Ansprüche an die Wippfreiheit und eine wenig spürbare Fahrwerksreaktion auf Bremsmanöver gestellt.

Am Markt verbreitete Feder-Dämpfer-Elemente versuchen, diese Probleme passiv teils durch sehr aufwendige Dämpfungskonstruktionen, teils durch Blockierung des Dämpfers oder einer Kombination beider Ansätze zu lösen. Hierbei muss allerdings häufig ein Kompromiss eingegangen werden und/oder der Fahrer ist gezwungen, sich intensiv mit der Thematik der Abstimmung der Dämpfung auseinanderzusetzen.

Im Automobilbereich sind aktive, geregelte Dämpfungssysteme mittlerweile weitverbreitet. Aufgrund der unterschiedlichen Rahmenbedingungen führt eine Übertragung dieser Systeme auf ein Mountainbike zu neuen Herausforderungen, beispielsweise bei der Energieversorgung, der Simulation des Gesamtsystems oder auch bei dem zur Verfügung stehenden Bauraum und den Anforderungen an das Gewicht des Systems.

Abb. 1
Abb. 2

In einer interdisziplinären Kooperation des „Zentrums für Sportwissenschaft und Universitätssport“ der Universität Wien mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Darmstadt soll ein „intelligentes Dämpfungssystem“ für Mountainbikes entwickelt und als Prototyp umgesetzt werden.

Entwicklung und Auslegung sollen hierbei anhand eines Mehrkörpersimulationsmodells geschehen. Ein entsprechendes Modell wurde erstellt, erste Messungen zur Bestimmung von Modellparametern wurden durchgeführt. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen Fahrer und Fahrrad ist die Güte der Fahrermodellierung entscheidend für die Gesamtgüte des Mehrkörpermodells.

Das Verhalten des Fahrers und dessen Interaktion mit dem Fahrrad sollen an der Universität Wien mittels sportwissenschaftlicher und biomechanischer Analysen untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sollen unter anderem zur Verbesserung der Gesamtmodellgüte des Simulationsmodells und als Grundlage für weitere sportwissenschaftliche Untersuchungen dienen.

Um den Einfluss der Fahrwerksabstimmung auf die Leistungsfähigkeit des Fahrers abschätzbar zu machen, sollen sportwissenschaftliche Voruntersuchungen durchgeführt werden.

Parallel dazu und in enger Kooperation mit der Universität Wien sollen am Fraunhofer LBF in Darmstadt fahrdynamische Grundlagen und mögliche Konzepte für die Aktorik, Sensorik, Regelung und Energieversorgung erarbeitet werden. Die gewonnenen Informationen sollen zur Erstellung eines Konzepts für die konstruktive Umsetzung des geregelten Dämpfungssystems dienen.

Die Festlegung der Regelziele, das konstruktive Konzept und dessen Umsetzung sollen in Kooperation mit einem Industriepartner geschehen.

Neben der Umsetzung eines Prototyps sollen im Projekt vor allem grundlegende Erkenntnisse zur Mensch-Fahrrad-Interaktion im Gelände, zur hybriden Modellbildung mechanischer und biomechanischer Systeme sowie deren Simulation gewonnen werden. Die technische Umsetzung eines Prototyps könnte der weiteren Untersuchung des Einflusses der Fahrwerksabstimmung auf die Leistungsfähigkeit des Fahrers dienen.

Des Weiteren soll ein Ansatzpunkt zur Entwicklung adaptiver mechanischer Systeme die in Wechselwirkung mit dem Menschen stehen aufgezeigt werden.

Durch die Forderung nach kompakter Bauweise und energiearmem Betrieb könnte das Konzept auch als Grundlage für Stoßdämpfer für andere Leicht(kraft)fahrzeuge dienen.