- Titel
- Methodenevaluation der Betriebsfestigkeit von Fahrradkomponenten unter realen Belastungen
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:l189-qucosa2-1039905
- Datum der Einreichung
- 18.01.2026
- Abstract (DE)
- Die zunehmende Elektrifizierung des Fahrradverkehrs führt zu höheren Belastungen sicherheitsrelevanter Komponenten wie dem Vorbau. Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation eines methodischen Ansatzes zur Lebensdauerbewertung von (Fahrrad-) Bauteilen. Hierfür wurden normative Belastungsszenarien sowohl experimentell auf dem Prüfstand als auch numerisch mittels Finite Elemente (FE)-Modellen nachgebildet. Zentrales Ergebnis ist die Generierung von Bauteil-Wöhlerlinien als Basis für die Betriebsfestigkeitsbewertung. Dabei zeigte sich, dass sich beide Verfahren essenziell ergänzen. Während die experimentellen Versuche die realen Versagensmuster und Lebensdauern validieren, ermöglichen erst detaillierte Simulationsmodelle die Analyse der lokalen Beanspruchungszustände. Die Arbeit liefert damit die notwendige methodische Grundlage für weiterführende Untersuchungen komplexer Lastkollektive sowie für zukünftige Konzepte der Betriebsfestigkeitsbewertung von (Fahrrad-) Bauteilen.
- Abstract (EN)
- The increasing electrification of bicycle traffic leads to higher loads on safety-relevant components such as the stem. The aim of this thesis is the evaluation of a methodological approach for fatigue assessment. For this purpose, normative loading scenarios were reproduced both experimentally on a test rig and numerically using FE-models. A central result is the generation of component S-N curves as a basis for fatigue assessment. It emerged that both methods complement each other. While experimental tests validate real failure patterns and service lives, only detailed simulation models enable the analysis of local stress states and failure modes. This thesis thus provides the necessary methodological foundation for further investigations of complex load collectives as well as for future concepts of fatigue assessment.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Betriebsfestigkeit, Wöhlerlinie, Finite Elemente Methode, Experiment, Fahrrad, AL6061
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Leipzig
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:l189-qucosa2-1039905
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 21.04.2026
- Dokumenttyp
- Masterarbeit / Staatsexamensarbeit
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY 4.0- Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis IX Abbildungsverzeichnis XV Tabellenverzeichnis XVII Abkürzungsverzeichnis XVIII Formelzeichen XIX 1. Einleitung 1 2. Grundlagen 3 2.1. Einordnung der Betriebsfestigkeit im Kontext der Bauteilbewertung 3 2.2. Die Wöhlerlinie als zentrales Bewertungsinstrument 4 2.3. Methodik der DIN 50100 [7] 15 2.4. Normative Bewertungsmaßstäbe im Fahrradbau nach DIN EN ISO 4210 [14] 18 2.5. Rechnerische Nachweisführung nach Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM)-Richtlinie [8] 19 2.6. Werkstoffspezifische und anwendungsbezogene Forschungsarbeiten 22 3. Experimentelle Methoden 27 3.1. Untersuchte Fahrradkomponente 28 3.2. Versuchsstand und der Versuchsaufbau 32 3.3. Vorversuche zur Bestimmung der möglichen Kraft-Frequenz-Paarungen 44 3.4. Ermüdungsversuche (Wöhler) 45 4. Numerische Methoden 55 4.1. Grundlagen der Modellbildung 55 4.2. Modell I: Numerische Validierung des Versuchsaufbaus 61 4.3. Modell II: Modalanalyse des Versuchaufbaus 68 4.4. Modell III: Detaillierte Beanspruchungsanalyse 73 5. Experimentelle Ergebnisse 90 5.1. Ergebnis der Vorversuche: Kraft-Frequenz-Paarungen des Versuchsaufbaus 90 5.2. Einzelergebisse der Versuchsreihen 94 5.3. Ermittelte Bauteilwöhlerkurven 97 5.4. Beschreibung der Versagensbilder 103 6. Numerische Ergebnisse 110 6.1. Digitalisierte Geometrie des Vorbaus 110 6.2. Numerische Valdidierung des Versuchsaufbaus 112 6.3. Simulationsergebnisse unter Biegebelastung 115 6.4. Simulationsergebnisse unter Torsionsbelastung 123 7. Diskussion 129 7.1. Vergleich beider Bauteilwöhlerlinien 129 7.2. Vergleich der aufgezeichneten Bauteil-Wöhlerinien mit Literatur 133 7.3. Definition und methodische Abgrenzung der Ausfallkriterien 138 7.4. Anwendung der Ergebnisse zur Betriebsfestigkeitsbewertung 143 7.5. Analyse abweichender Versagensorte und Einfluss von Montagebedingungen 145 7.6. Vergleich Simulation mit Kontakt (große Verfomrung) und ohne Kontakt (Linear) 147 8. Zusammenfassung 150 9. Ausblick 152