Fahrraddesign mit Siemens-Software

Bei der Konstruktion ihrer Fahrräder setzt die Trek Bicycle Corporation Lösungen von Siemens PLM Software ein und bringt damit aerodynamische und Komfort-Aspekte unter einen Hut. Die Lösung ermöglicht die automatische Optimierung des Rahmen-Designs sowie die optimale Positionierung von beispielsweise Fahrer und Wasserflaschen. Durch den Einsatz der Siemens-Lösungen war es Trek möglich, ein gleichermaßen aerodynamisches wie komfortables Rennrad zu entwickeln und beim Produktdesign erheblich an Zeit und damit Kosten zu sparen.

28. Mai 2019
Fahrraddesign mit Siemens-Software

Das Design von Fahrrädern basiert zum Teil auf komplexer Physik. Zentrale Herausforderung für Trek ist der Kompromiss aus aerodynamischer Effizienzoptimierung und Fahrqualität – wie etwa bei der Entwicklung des neuen Madone-Rennrads. Dazu setzte Trek auf die Kombination aus numerischer Strömungsmechanik (Fluid Dynamics, CFD) und Finite-Elemente-Analyse (FEA).

Die Lösung bestand in einer Rohr-in-Rohr-Konstruktion, die Aerodynamik und Komfort trennt. Was noch fehlte war ein Werkzeug zur Optimierung des Rahmendesigns. Wichtig war dem Unternehmen, dass dieses Tool sich in die vorhandene Applikations-Architektur -bestehend unter anderem aus der Computer Aided Engineering (CAE)-Software Simcenter Star-CCM+ und der Computer Aided Design (CAD)-Lösung SolidWorks – einfügt.

Fündig wurden die Ingenieure wieder bei Siemens PLM Software und seiner Heeds-Software, das die Schnittstelle zwischen verschiedenen Engineering-Tools bildet und die Optimierung eines Designs automatisiert.

Die optimale Position der Wasserflasche

Heeds erfasst und automatisiert den aktuellen Konstruktionsworkflow eines Ingenieurs. Die Daten basieren auf den vom Benutzer gewählten Konstruktions- und Analysewerkzeugen. Beim Madone-Rennrad wurde diese Software mitunter dazu eingesetzt, die optimale, aerodynamische Anbringung der Wasserflasche zu definieren, um Madone unter Realbedingungen zum schnellsten Rennrad zu machen. Im ersten CAD-Modell wurden dazu die Wasserflaschen an beliebigen Punkten am Unterrohr und am Sitzrohr montiert. Heeds veränderte dann die Flaschenpositionen und passte die Wiederholungs-Eingabewerte (Iterationswerte) schrittweise an die vorherigen Widerstandsreaktionen an. Nach 140 Iterationen zeigte das Endergebnis eine Verringerung des Gesamtwiderstands um 5,5 Prozent, wenn die Flasche möglichst niedrig und in Richtung des Tretlagers platziert wird.

Ensemblebasierte Analyse deckt Zusammenhänge auf

Laut Meinung der Trek-Ingenieure ist der größte Vorteil von Heeds jedoch die sogenannte ensemblebasierte Analyse, bei der bisher unbekannte Zusammenhänge zwischen Designvariablen und Leistungsmerkmalen aufgedeckt werden. Vor der Einführung dieser Software mussten die Ingenieure manuell in der Regel 30 bis 50 verschiedene Design-Iterationen für ein gegebenes Problem analysieren. Heeds führt in der gleichen Zeit 500 bis 1.000 Iterationen durch. Durch den Einsatz der Siemens-Lösungen konnte Trek ein aerodynamisches Rennrad mit maximalem Fahrkomfort entwickeln und beim Produktdesign erheblich an Zeit und damit Kosten sparen.