Herstellung eines Fahrradsattels Material: Formschichtholz/CFK

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1 BHV-02 CAD/CAM-Praxisprojekt Sommersemester 2013 Herstellung eines Fahrradsattels Material: Formschichtholz/CFK Fakultät Bauen und Erhalten Studiengang Holzingenieurwesen Labor für Bearbeitungstechnik LBT Studierende: Christian Stahl Matthias Glahe Paul Causin Rémi Ferment Dozenten: Dipl.-Ing. Norbert Linda Dipl.-Ing. Renke Abels

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2 2. Formteil & Spitze 4 Aufnahme der Geometrie 4 CAD-Bearbeitung 5 CAM-Bearbeitung der Pressform 7 Herstellung des Formteils 8 CAM-Bearbeitung der Formatierform 10 Formatieren des Formteils 12 CAM-Bearbeitung der Spitze 14 Montage von Sattel & Spitze Gestell 17 Carbonversuche 19 Aufnahme der Geometrie 21 CAD/CAM Bearbeitung des Gestells 23 Herstellung des Gestells 27 Gestellaufnahmen 28 CAD/CAM Bearbeitung der Gestellaufnahmen 30 Herstellung der Gestellaufnahmen 32 Oberflächenbehandlung Montage Sattel und Gestell Endergebnis Fazit & Kritik Anhang 42

3 1. Einleitung Das Modul BHV-02 CAD/CAM-Praxisprojekt im Sommersemester 2013 hatte die praktische Anwendung der zuvor theoretisch erworbenen Fähigkeiten im Bereich der C-Technik sowie der CAD-Bedienung zum Ziel. In Gruppenarbeit sollte ein Produkt entstehen, dessen Herstellung die Verwendung verschiedener CAD/CAM-Systeme umfasst und vor allem das selbstständige Arbeiten an CNC-Maschinen mit 5 Bearbeitungsachsen erfordert. Thema dieser Gruppenarbeit war die Erstellung eines Fahrradsattels für Mountainbikes, inklusive Untergestell, zur Montage auf einer marktüblichen Sattelstütze mit Klemmung. Zur Vorlage diente ein hochwertiger, minimalistischer Sattel mit guten ergonomischen Eigenschaften, welcher im Reverse-Engineering-Verfahren nachgebildet wurde. Abb.: Vorlage Mountianbike-Sattel (Form im Tiefziehverfahren hergestellt)

4 Zur Zieldefinition und Klassifizierung der Anforderungen an den Projektumfang wurde ein Pflichtenheft verfasst: Pos Beschreibung 1 Allgemeines Herstellung eines Mountainbike-Fahrradsattels bestehend aus Sitzfläche, Gestell und Verbindungselementen - Formgestaltung gemäß der Sattelvorlage - Möglichkeit der Verwendung des Sattels auf einem Fahrrad - Alle Materialien im Außeneinsatz verwendbar - Herstellung von drei abgabefertigen Modellen - Herstellung von zwei weiteren Modellen je Gruppenmitglied Muss/ Wunsch M W M M W Herstellung der Sitzfläche - Sitzflächenausprägung als Formteil aus Furnierlagen - Harmonischer Abschluss der Fläche durch gesonderte Spitze aus Holz oder Kunststoff - Abrundung der Oberflächenkanten mit R2-3mm Herstellung des Gestells - Bauteilausprägung als geformtes Element aus Aluminium oder Faserverbundwerkstoff - Geometrie entsprechend der Vorlage zur Montage an Standard-Sattelstützen - Fugenlose Bauteilausprägung zur optimalen Belastungsaufnahme Herstellung der Aufnahmen - Material: Kunststoff - Klebenest zur definierten Fugendicke M M M M M M M M 5 Erstellung aller notwendigen Pressformen, Formatiervorrichtungen, Konditionierformen und Vorrichtungen M 6 Dokumentation, Webdarstellung, Plakat, Präsentation M 3

5 Bei der Strukturierung der Projektarbeit wurde unter Berücksichtigung des Workloads eine Verteilung der Aufgabenbereiche vorgenommen. Zwei Studierende befassten sich mit der Herstellung des Formteils und der Sattelspitze und zwei Studierende mit dem Sattelgestell und den dazugehörigen Aufnahmen. Um eine gute Kommunikation zu garantieren, wurden wöchentliche Treffen mit allen Gruppenmitgliedern angesetzt. Im Folgenden wird das Vorgehen während des Projektverlaufs in den einzelnen Phasen erläutert. Problematische Situationen sowie der Vergleich und die Auswahl von Lösungsansätzen werden beleuchtet. 2. Formteil & Spitze Bezüglich der Sitzfläche einigten wir uns auf die Verwendung von Furnierlagen zur Erstellung eines formverleimten Bauteils. Zur Eingrenzung des Formteils wurde beschlossen, dass die Spitze der Sattelgeometrie aus einem Vollmaterial ausgeführt werden sollte. Ein ca. 12mm langes, halbkugelähnliches Bauteil definierte den vorderen Abschluss der Form und sollte im Nachhinein kraftschlüssig mit dem Formteil verbunden werden. Aufnahme der Geometrie Zur Abnahme der Geometrie von dem gewählten Fahrradsattel wurde mit dem im Labor für Bearbeitungstechnik vorhandenen 3D-Digitalisierer von Mircoscribe 3D gearbeitet. Parallel betrachteten wir auch die Möglichkeiten des 3D-Scannens sowie der Fotogrammetrie. Aufgrund der komplexen Form sowie der guten Verfügbarkeit des Digitalisierers, wurde jedoch dieser gewählt. Die Satteloberfläche wurde einseitig bis zur Mittelachse aufgenommen und anschließend im CAD-Programm gespiegelt um Ungenauigkeiten zu reduzieren. Das Objekt wurde auf dem Aufnahmetisch fixiert, wobei die beiden parallelen Rohre des Sattelgestells die Referenzebene bildeten. Dies gewährleistete eine eindeutige Definition der Geometrie in der weiteren CAD-Bearbeitung sowie bei dem Zusammenfügen von Sattel und Gestell. Mit Hilfe eines Laserstrahls wurden Linien im Abstand von 15mm auf die Oberfläche projiziert und anhand dieser je fünf Messpunkte bis zur Mittelachse aufgenommen. Besonderes Augenmerk galt hierbei dem Randbereich sowie der Gleichmäßigkeit der Messpunkte um eine möglichst genaue Abbildung des Körpers zu erzielen. 4

6 Die aufgenommenen Messpunkte wurden gespeichert und im DXF-Format ausgegeben. Abb.: Aufnahme der Sattelgeometrie mittels 3D-Digitalisierer CAD-Bearbeitung Die weitere Bearbeitung erfolgte zunächst mit dem Programm Autodesk AutoCAD Das Ziel sollte zunächst ein vollständiges und fehlerfreies Volumenmodell des Sattels sein, aus dem im Weiteren die einzelnen Formen und Hilfsgeometrien entnommen werden konnten. Die Messpunkte wurden zunächst isoliert und auf Genauigkeit hin überprüft. Hierbei fanden kleine Korrekturen an der Form statt um Messungenauigkeiten zu bereinigen. Die längsseitige Kerbe im hinteren Bereich des Sattels wurde entfernt, um die Erstellung des Formteils aus Furnierwerkstoffen zu ermöglichen. Die Messpunkte wurden an der Längsachse des Sattels gespiegelt. Anschließend wurden die Punkte quer zum Sattel mit 3D- Splines verbunden, wobei vor allem die Tangentenrichtung der Start- und Endpunkte berücksichtigt wurde um eine optimale Form zu erlangen. Auch die Außenkontur des Sattels erforderte die Erprobung verschiedener Vorgehensweisen. Bei der Arbeit wurde festgestellt, dass eine optimale Anzahl an Kontrollpunkten in der Splineerstellung gewählt werden muss. Zu wenige Punkte bedeuten eine Ungenauigkeit der Kontur, zu viele bedeuten einen unharmonischen Verlauf. Aus diesem Grund wurden einige Kontrollpunkte entfernt oder angepasst. 5

7 Bei der Flächenerstellung eignete sich vor allem der Befehl Anheben. Die entstandene Fläche wurde über das Nettomaß des fertigen Sattels hinaus verlängert um die Außenkontur im Anschluss sauber beschneiden zu können. Abb.: Flächenmodell der Satteloberfläche in AutoCAD Mit Hilfe des Befehls Fläche versetzen wurde die innere Oberfläche des Sattels erstellt. Nachdem die Flächenkanten der Ober- und Unterseite mit weiteren erstellten Flächen verbunden worden waren, erfolgte die Konvertierung in einen Volumenkörper. Hierfür waren noch mehrere Veränderungen mit dem Befehl Flicken notwendig, um einen wasserdichten Körper zu erhalten. Die genaue Außenkontur, der längsförmige Ausschnitt in der Mittelachse sowie die kegelförmige Auskerbung im hinteren Bereich konnten durch den Einsatz der booleschen Operationen in AutoCAD erzielt werden. Durch das Subtrahieren entstanden besonders glatte und einheitliche Schnittkanten an den Ausschnitten. Da die Spitze des Sattels nicht Teil der Furnierform werden sollte, wurde diese im Nachhinein angesetzt und durch eine tangentiale Verlängerung der Körperkanten geformt. Um das Ziel eines fehlerfreien CAD-Modells des Sattels zu erreichen, wurden die Volumenkörper abschließend an der Oberseite mit einem 2,5mm Radius versehen. Zum Austausch mit dem Programm AlphaCAM von Licom System wurde die Datei im SAT-Format ausgegeben. 6

8 Abb.: Volumenkörpermodell des Sattels in AutoCAD CAM-Bearbeitung der Pressform Mit dem System Alpha CAM wurden die Pressformen für die Formteilherstellung generiert. Es sollte zunächst eine einteilige Pressform mit zwei Referenzbohrungen entstehen, über die sowohl die einzelnen Furnierlagen positioniert, sowie die beiden Pressformen zusammengefügt werden konnten. Nach einigen Festigkeitsversuchen wurde eine Formteildicke von 5mm gewählt. Aus dem Volumenkörpermodell wurden die jeweiligen Oberflächen extrahiert und diese auf ein Bruttomaß (Nettomaß + 10mm tangential zur Flächenkante) verlängert. Nach der Erstellung der Rohteile konnten die Bearbeitungsschritte Schruppen und 3D- Oberflächen fräsen im angelegt und die Referenzbohrungen aus Kreisgeometrien erstellt werden. Nach der Sichtkontrolle durch die Simulation in AlphaCAM erfolgte die NC-Code- Generierung über den Postprozessor. Die Einarbeitung in die im Labor befindliche 5-Achs- CNC-Maschine von MAKA erforderte die Kenntnis der Programmierung nach DIN sowie das Verständnis diese Prinzipien gedanklich auf die Benutzeroberfläche der MAKA zu übertragen. Zunächst diente Obomodulan mit einer mittleren Dichte als Werkstoff für die ersten Fräsversuche. So konnten Oberfläche und Maße kontrolliert werden und gleichzeitig der Werk- 7

9 zeugverschleiß möglichst gering gehalten werden. Nach der Erprobung mehrerer Frässtrategien, fiel die Wahl auf die Bearbeitung mit der Fräsrichtung längs zur Sattelform, da diese die beste Oberflächenqualität bot. Aspekte wie Nullpunktverschiebung, Spannsituation und Verfahrwege der Maschine mussten bei den Fräsvorgängen berücksichtigt werden. Die endgültigen Pressformen wurden in Multiplex ausgeführt. Zunächst erfolgte nur die Erstellung einer Form, um erste Pressversuche durchzuführen. Alle CNC- Bearbeitungsschritte bei der Erstellung der Formen konnten mit 3-achsigen Bewegungen im Maschinenkoordinatensystem realisiert werden. Abb: Erstellung der Bearbeitungen der unteren Pressform in AlphaCAM Herstellung des Formteils Die genaue Dokumentation der Pressergebnisse ist tabellarisch festgehalten worden und eine Bewertung verschiedener Aspekte in Schulnoten vorgenommen (Siehe Anlage Pressversuche, Dokumentation & Auswertung). Das zu erzielende Formteil sollte sowohl über eine ausreichende Festigkeit für die Benutzung des Produktes als Fahrradsattel verfügen, als auch ein gewisses elastisches Verhalten aufweisen, welches bei der Verwendung zur Dämpfung von Schwingungen dient und den Sitzkomfort erhöht. In den ersten Pressversuchen sollte zunächst das generelle Verhalten von Furnierlagen bei der von uns gewählten Pressform untersucht werden. Dazu wählten wir kostengünstiges Sapeli-Furnier. Hauptproblem der ersten Pressvorgänge war die Rissbildung in der Fläche 8

10 im vorderen Bereich des Sattels sowie an den stark abfallenden Flanken. Zur Minimierung wurde die Pressform im Weiteren mit Gleitmittel versehen. Die Reduzierung des Übermaßes der Furnierzuschnitte von 10mm auf 3mm sowie die längsförmige Schlitzung der Furnierlagen im Bereich des späteren Ausschnittes hatten eine deutliche Optimierung der Rissproblematik zur Folge. Zur besseren Reproduzierbarkeit der Pressvorgänge nutzten wir die Vorformatierung der Furnierlagen vor dem Pressen mittels eines Laserschneiders. Hierdurch konnte auch das Übermaß und die Positionierlöcher sehr maßgenau durchgeführt werden. Für die Mittellagen wurde im weiteren Verlauf Furnier der Holzarten Birke und Buche eingesetzt. Zur Erhöhung der Festigkeit in Querrrichtung des Sattels, wurden Furnierlagen im oberen und unteren Bereich des Aufbaus mit Ausschnitten versehen, in welche Furnierstücke mit Faserverlauf quer zum Sattelverlauf eingesetzt wurden. Dies minimierte die Bruchgefahr und sorgte für die gewünschte Elastizität. Im weiteren Verlauf konnte durch eine Veränderung dieser Form von rechteckig zu oval die Abzeichnung in der Oberfläche verhindert werden. Abb.: Furnierlagen nach dem Laserzuschnitt Der Einsatz von kaschiertem Furnier und schließlich die Benutzung von 3d-Furnier der Dicke 0,6mm sorgte für eine vollständige Vermeidung der Rissbildung in der Oberfläche. Auch Risse in den Mittellagen wurden hierdurch stark minimiert. Versuche mit Polyurethan-Klebstoff erzielten nicht das gewünschte Ergebnis. Zwar konnte hier eine hohe Formhaltigkeit erzielt werden, doch wiesen die Pressteile nicht die geforderte Elastizität auf. Darüber hinaus trat das Problem von Leimdurchschlag auf, welches vor allem an stark verformten Stellen deutlich wurde. Aus diesen Gründen entfiel auch die 9

11 Verwendung von Kaurit-Leim. Die endgültigen Pressverfahren wurden gemäß der Erfüllung des Pflichtenheftes mit PVAc-D4-Leim ausgeführt. Im Verlauf der Pressverfahren erstellten wir noch drei weitere Pressformen, sodass zwei Sättel gleichzeitig verleimt werden konnten. Die beiden anderen Formen wurden zur Konditionierung der verleimten Elemente verwendet. CAM-Bearbeitung der Formatierform Die Formatierform dient dazu, die gepressten und ausgehärteten Sattelrohlinge für den Formatiervorgang genau zu positionieren und sicher zu fixieren. Grundlage dafür war die untere Fläche des Sattels. Diese ist Teil des im CAD erstellten Solid Modells, welches bereits zum Erstellen der Pressformen verwendet wurde. Auch für die Formatierform wurde zunächst das Solid Modell in AlphaCAM importiert, um daraus die untere Fläche zu extrahieren. Anschließend konnte das Rohteil definiert werden. Mit den entsprechenden Begrenzungen wurden die Arbeitsschritte Schruppen und 3D Oberflächenfräsen erstellt. Die Oberflächengüte war hier weniger von Bedeutung, da noch weitere Arbeitsschritte folgen. Entlang der äußeren Kontur des Fertigteils sollte sich eine Nut befinden, damit beim Formatieren der Werkzeugeingriff nur im Sattelrohling erfolgt und nicht in der Formatierform. Diese Bearbeitung wurde mit dem Befehl Spline oder Polylinie bearbeiten hinzugefügt. Gewählt wurde der Spline entlang der Außenkontur, die Bearbeitungsseite ist links, sodass beim späteren Formatieren an dieser Stelle kein Eingriff mehr erfolgt. Zur Fixierung des Sattelrohlings war die erste Überlegung Vakuum zu nutzen. Vorteil dieser Variante wäre gewesen, dass Außen- und Innenkontur ohne Ändern der Spannsituation abgefahren würden, was Maßabweichungen nahezu ausschließt. So wurden zum Einlegen eines Moosgummis mit 3mm Durchmesser in eine Nut, entlang der äußeren Kontur und um den inneren Ausschnitt entsprechende Bearbeitungen hinzugefügt. Die jeweiligen Splines wurden auf eine Ebene projiziert, um 3mm versetzt und wieder auf die Oberfläche projiziert. Die so umschlossenen Bereiche wurden mit dem Befehl 3D Oberflächenfräsen und den entsprechenden Begrenzungen um 1mm Abgesenkt, um die Auflagefläche möglichst klein und die Haltefläche möglichst groß zu halten. Später wurden mit einer Ständerbohrmaschine Löcher durch die gesamte Formatierform gebohrt, um den Unterdruck vom Innospann-System weiterzugeben. 10

12 Zum exakten Positionieren des Sattelrohlings diente ein Metallstift, wie er auch zum Auffädeln der Furnierschichten und Zusammenführen der Pressformteile verwendet wurde. Nach dem optischen Überprüfen der Solid Simulation wurde mit dem entsprechenden Postprozessor der NC-Code generiert und die Formatierform konnte aus einem Multiplexrohling auf dem MAKA-CNC-Bearbeitungszentrum gefräst werden. Abb.: Solid Simulation der ersten Formatierform mit Vakuum Erste Versuche haben gezeigt, dass die Haltekraft, die über das Vakuum erzeugt wird nicht ausreicht, um den Sattelrohling sicher zu fixieren. Problem waren Formabweichungen des Rohlings an den Flanken, die dazu führten, dass die Unterseite nicht dicht genug am Moosgummi anlag. Auch die Reduzierung der Haltefläche auf formhaltige Bereiche an der Spitze und im hinteren Bereich des Rohlings, sowie der Anschluss einer externen Vakuumversorgung brachten nicht das gewünschte Ergebnis. Abb.: Solid Simlation der zweiten Formatierform mit Vakuum 11

13 Bei der endgültigen Formatierform wurde der Rohling mittels Schrauben, die manuell festgezogen werden, positioniert und fixiert. In der Mitte und im hinteren Bereich wurden die Auffädelungsbohrugen übernommen und mit einer Gewindemuffe versehen. In diese werden Schrauben mit Kunststoffgriff und einer Unterlegscheibe eingeschraubt. Im vorderen Bereich hält eine Metalllasche, ebenfalls mit Schrauben, den Sattelrohling sicher auf der Formatierform. Abb.: Formatierform für Sattelrohling Formatieren des Formteils Auch beim Formatieren diente das Solid Modell des Sattels als Grundlage. Als erste Bearbeitung wird der innere Ausschnitt gefräst. In AlphaCAM wurde der Befehl Spline oder Polylinie bearbeiten gewählt. Maßgebend ist der Spline, der die untere Kontur des Ausschnittes bildet. Dieser soll mit einem festen Werkzeugwinkel zur Vertikalen von -15 Grad abgefahren werden. So entsteht der trichterförmige Ausschnitt. An- und Abfahren in einem Bogen mit 3mm Radius gewährleisten einen sauberen Übergang von Start- und Endpunkt der Bearbeitung. Um das Werkzeug zu schonen und Schnittkräfte zu reduzieren, soll die Bearbeitung in zwei Zustellungen erfolgen. Die Erste erhält dabei ein Aufmaß von 0,1mm, die Zweite nicht. So wird verhindert, dass ein eventueller Absatz zwischen den Zustellungen abzeichnet. Die Bearbeitungen zum Formatieren der Außenkontur wurden ebenfalls mit dem Befehl Spline oder Polyline bearbeiten erstellt. Maßgebend sind die Splines, welche die untere Sattelfläche umschließen. Als erstes sollte der Spline an der Spitze der Sitzfläche parallel 12

14 zur Oberfläche in zwei Zustellungen abgefahren werden. Als Oberfläche wurde die Schnittfläche gewählt. Für den Rest der Kontur wurden drei Zustellungen gewählt, wobei die ersten beiden ein Aufmaß von 0,1mm haben. Hier wurde die Option normal zu Oberfläche gewählt. Referenzfläche ist die untere Fläche der Sitzschale. Nach einigen Versuchen hatte sich herausgestellt, dass das sauberste Ergebnis erzielt wird, wenn die Kontur in drei Abschnitte zerlegt ist. Dies sind die rechte und linke Seite, sowie der v-förmige Ausschnitt an der Rückseite. Alle Formatierbearbeitungen der Außenkontur erfolgten mit einem 6mm Schlichtfräser. Zur Erzeugung des Radius an den oberen Kanten des Formteils war ursprünglich ebenfalls eine CNC-Bearbeitung vorgesehen. Aufgrund der fehlenden Formhaltigkeit konnte diese jedoch nicht realisiert werden. Der Radius wurde daher bei der Nachbearbeitung der Formteile manuell angearbeitet. Beim Formatieren wird der Sattelrohling zunächst mit allen vier Schrauben fixiert. Die Mittlere dient dabei erst nur der richtigen Positionierung, sie wird wieder entfernt, wenn die übrigen fest angezogen sind. Als Spannvorrichtung auf dem Maschinentisch der MAKA dienen sechs große Sauger des Innospann-Systems. Dann kann das NC-Programm für die innere Kontur angewählt und gestartet werden. Nachdem die Bearbeitung abgeschlossen ist, wird die mittlere Schraube samt Unterlegscheibe wieder befestigt. Erst dann werden die hintere Schraube und die Lasche an der Spitze entfernt. Während dessen darf das Vakuum nicht gelöst werden, worauf schon bei der Erstellung des NC-Codes zu achten ist. So wird verhindert, dass sich durch das Ändern der Spannsituation zu große Ungenauigkeiten durch ein Verschieben der Vorrichtung oder des Rohlings ergeben. Abb.: Spannsituation zum Formatieren innen Abb.: Spannsituation nach Formatieren außen 13

15 CAM-Bearbeitung der Spitze Wie Anfangs schon erwähnt, bildet die Spitze den vorderen Abschluss des Sattels und besteht nicht aus Schichtholz, sondern aus Massivholz oder Kunststoff. Die Gruppe hat sich im Verlauf des Projektes auf Massivholz geeinigt und einige Holzarten ausgewählt, die optisch zu Deckfurnieren der Sitzschalen passen. Die Verbindung von Schale und Spitze sollte nicht sichtbar sein, es bot sich also eine Klebeverbindung an. Die Spitze wurde zunächst als Volumenkörper in AutoCAD 2013 erstellt. Wichtig waren hierbei ein sauberer Übergang von Sitzschale zu Spitze und eine möglichst große Klebefläche. Der 2,5mm Radius der Sitzschale sollte sich an der Spitze fortsetzen. Als erstes wurde ein Gerüst aus Splines erstellt, dass dem Verlauf der Sitzschale angepasst wurde. Mit den Befehlen Anheben und Fläche flicken wurde daraus ein geschlossener Körper aus Flächen erstellt, der dann in einen Volumenkörper konvertiert werden konnte. Dieser wurde in Richtung der Sitzschale verlängert, anschließend wurde mit dem Befehl Volumenkörper, Differenz eine genau Gegenform zu Unterseite der Sitzschale erzeugt. Diese dient neben der Stoßfuge als Klebefläche. Der in AutoCAD erstellte Volumenkörper wurde dann in AlphaCAM importiert und mit Bearbeitungen versehen. Zunächst wurde wieder die Bearbeitung Schruppen erstellt. Als Werkzeug wurde auf Grund der geringen Bauteildimensionen und der relativ instabilen Positionierung nur ein 12mm Schruppfräser gewählt. Zum Erzeugen der gewölbten, nach außen sichtbaren Oberfläche wurde der Befehl 3D Oberflächenfräsen gewählt, als Werkzeug ein 8mm Kugelfräser. Die Rillenhöhe wurde auf 0,02mm festgelegt, um eine möglichst glatte Oberfläche zu erhalten. Die Bearbeitung soll in nur drei Achsen erfolgen, was ebenfalls die Oberflächengüte verbessert. Die untere ebene Fläche soll mit Hilfe von zwei Taschen erzeugt werden, die konturparallel abgefahren werden. Die Bearbeitung soll vierachsig erfolgen, wobei eine Achse lediglich als Stellachse dient. Zum Erzeugen der späteren Klebefläche musste auch hier zunächst eine Schruppbearbeitung erstellt werden. Hierzu wurde eine Arbeitsebene in X-Z-Richtung erstellt und die entsprechende Begrenzung festgelegt. Die gleiche Begrenzung wurde auch für das anschließende Oberflächenfräsen mit einem 3mm Kugelfräser verwendet. Die letzte Bearbeitung an der Spitze ist das Erzeugen einer sauberen Fläche für die Stoßfuge. Hierzu wird ein Spline am unteren Verlauf der Stoßfuge, parallel zur Fläche, mit einem 3mm Schlichtfräser abgefahren. Nachdem die 14

16 Bearbeitungen in der Solid Simulation überprüft wurden, könnte der NC-Code generiert werden. Als Rohteil für die Spitze dient ein Quader mit den Maßen 135x37x15mm, der aufrecht stehend bearbeitet werden soll. Hierzu wurde eine Vorrichtung hergestellt, die das Rohteil in einem rechten Winkel aufnimmt und mit zwei Schrauben fixiert. Hierbei war zu beachten, dass sich der Werkstücknullpunkt durch die Vorrichtung verschiebt. Abb.: Vorrichtung zum Fräsen der Sattelspitze Abb.: Gefräste Sattelspitze am Rohteil Abb.: Sattelspitze ohne Rohteil Die obige Abbildung zeigt das erste Fräsergebnis der Sattelspitze. Unter der schon erläuterten Vorrichtung befinden sich drei große und drei kleine Innospann-Sauger. Die scheinbare Überlänge der Vorrichtung ermöglicht ein exaktes Anlegen am Anschlag des Maschinentisches. 15

17 Zu Versuchszwecken wurde anfangs eine Fichtenleiste mit liegenden Jahrringen verwendet. Für spätere brauchbare Ausführungen wurde darauf geachtet möglichst Leisten mit stehenden Jahrringen zu nutzen, damit sich der streifige Maserungsverlauf der Sitzschalen an den Spitzen fortsetzt. Nach dem Bearbeiten auf der CNC-Maschine können die fertigen Spitzen einfach an der Tischkreissäge vom Rohteil abgetrennt werden. Montage von Sattel & Spitze Sitzfläche und Spitze des Sattels sollten fest miteinander verbunden sein, wobei keine sichtbaren Verbindungsmittel verwendet werden sollten. Hier kam ein PU-Kleber zum Einsatz, der feuchtebeständig ist und die ausreichende Festigkeit bietet. Bei der Verbindung ist kein hoher Pressdruck notwendig, da der PU-Kleber beim Aushärten aufquillt. Die Spitzen können also einfach mit einer kleinen Schraubzwinge an der Sitzfläche fixiert werden, ohne diese durch Druckstellen zu beschädigen. Abb: Montage der Sattelspitzen 16

18 Abb.: Fertige Sitzfläche mit Spitze 3. Gestell Als Material zur Herstellung des Sattelgestells legte sich die Projektgruppe auf einen kohlefaserverstärkten Werkstoff fest. Eine Alternative wäre Aluminium, Titan oder Magnesium. Da wir beim Recherchieren bei Sattelherstellern jedoch marktfähige CFK Gestelle fanden, waren wir angespornt uns mit diesem Werkstoff auseinanderzusetzen. Hinzu kommt der Vorteil des geringen Gewichts des Werkstoffes. Bei dem Bearbeiten von CFK, gibt es viele verschiedene Techniken, die zum Einsatz kommen können. Die Fertigungsverfahren entsprechen denen von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Dabei werden vor allem Verfahren eingesetzt, mit denen sich hochwertige Faserverbunde herstellen lassen (Prepreg im Press- oder Autoklav verfahren, Faserwickeln). CFK-Handlaminate kommen dagegen fast ausschließlich im Kleinserienbau und in der Einzelfertigung zur Anwendung. Daher beschäftigten wir uns ausschließlich mit der Technik des Handlaminierens. Hierbei stellte sich sehr schnell heraus, dass es die Möglichkeit des Wickelns von sogenannten Rovings gibt. Rovings sind einzelne CFK Schnüre, die wenn man sie mit Epoxidharz und der richtigen Menge Härter tränkt, eine stabile Aushärtung ergeben. 17

19 Abb: Rovings 2 Im weiteren Verlauf unserer Recherche, kamen wir zu der Erkenntnis, dass es zu Carbon Schläuchen gewickelte Rovings gibt. Diese schienen uns für eine Anwendung praktikabel. Abb: Carbon Schlauch 3 Ein weiteres Problem war die Innenform des Gestelles. Um eine Röhre aus CFK aushärten zu lassen muss man die mit Harz getränkten Schläuche um eine Form wickeln oder legen welche dann aushärtet. Bei einem ausreichenden Durchmesser kann man diese Innenform im Nachhinein wieder entfernen, dies war aufgrund von Form und Winkel unseres Gestelles jedoch nicht möglich. Eine Besonderheit der Carbon Schläuche ist der felxible Durchmesser. Die Rovings sind üblicherweise unter einem Winkel von 45 mit einer spe

20 ziellen Maschine aufgewickelt. Diese Wicklung ermöglicht uns den Innendurchmesser des Schlauchs in einem bestimmten Maße zu verändern. In unserem Falle lag er zwischen 3 8 mm. Gemäß Herstellerangabe wurden Schläuche mit einem Nenndurchmesser von 7mm gewählt. Carbon-Schläuche sind geflochtene Carbon-Rovings. Je nach Anzahl, Stärke und Flechtung der Rovings ergeben sich Schläuche mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Schlauchdurchmesser vergrößert sich beim Zusammenschieben bzw. verkleinert sich beim Auseinanderziehen. Durchmesser bei 45ø: 7mm, Gewicht pro Meter: 7g, Fadenzahl: 32, Steigungswinkel: 30-60ø. Kann über 3-8mm geschoben werden. 4 Carbonversuche Bevor wir uns um die tatsächliche Form des Sattelgestells und dessen Anfertigung kümmern konnten, mussten wir einige Verarbeitungsversuche im Zusammenhang mit Epoxydharz durchführen. Wir erstellten also zunächst eine zweidimensionale Testform. Dazu erzeugten wir in ACAD eine Polylinie mit einer parabelförmigen Kurve und speicherten diese im.dxf Format. Diese Polylinie konnten wir dann in AlphaCAM in einen Konstruktionsquader einsetzen und mit einer Bearbeitung versehen. Diese Bearbeitung sollte die Geometrie nur mittig abfahren und hatte eine Z Tiefe von 4mm ( Radius des 8mm Kugelfräsers ). Aus AlphaCAM ließen wir uns über den Postprozessor einen NC Code speichern, den wir dann an der im Labor befindlichen Eberle 3-achs-Maschine einlesen konnten. Wir konstruierten so auf gewöhnliche Weise eine Ober- und Unterform

21 Abb: Testform mit Dübel, aus Obomodulan Zur Testform ist noch anzumerken, das drei Positionierdübel eine Überbestimmtheit liefern würden, daher wurden im Anwendungsfall nur zwei Dübel verwendet. Bei unserem ersten Versuch, benutzten wir einen PU Druckluftschlauch mit 6mm Aussendurchmesser als Innenform, um die wir den Carbon Schlauch zogen. Die Form klebten wir mit Kreppklebeband ab und den mit Harz getränkten Schlauch wickelten wir in Klarsichtfolie ein, um eine Verkleben des Schlauches mit der Form zu verhindern. Bei der Verwendung von Epoxydharz ist das richtige Mischungsverhältnis von großer Bedeutung für die Festigkeit. In unserem Fall handelte es sich um ein Harz, welches bei normaler Raumtemperatur aushärtet und keinerlei besonderer Verfahren bedarf. Der Klebstoffauftrag erfolgte mit einem feinborstigen Pinsel, mit dem sich das Harz gut auf der Oberfläche verteilen ließ. Abb: Vorbereitung der Testform Abb. Einlegen des getränkten Carbon Schlauches 20

22 Im weiteren Verlauf legten wir nun den Carbon Schlauch in die Testform. Hierbei wurde sofort deutlich, dass die engste Knickstelle ein Problem darstellen könnte. Der PU Schlauch ist recht steif und neigt daher an dieser Stelle zum Knicken. Unter leichtem Pressdruck erfolgte die Aushärtung über 24 Stunden. Danach war der Carbon Schlauch vollständig ausgehärtet und wies eine, subjektiv bewertet, hohe Festigkeit auf. Wir konnten uns vorstellen mit dieser Lösung ein brauchbares Sattelgestell herzustellen. Aufnahme der Geometrie Die Aufnahme der Geometrie des Gestells erfolgte aufgrund der problematischen Oberfläche nicht mittels Digitalisierer. Stattdessen wurde die Form konventionell vermessen. Dazu bauten wir aus einem vorhandenen Sattel ein Gestell aus und nahmen die signifikanten Punkte auf. Die geplante Vorgehensweise war, die Punkte der Knickstellen in allen Richtungen abzugreifen, um dann im CAD bezogen auf das Koordinatensystem, und einem gemessenen Punkt als Punkt (0, 0, 0) diese Punktwolke aufzunehmen. Diese Punkte sollten dann zunächst mit Linien verbunden werden. Zum Vermessen benutzten wir einen herkömmlichen Zentimetermaßstab, da uns die etwaigen Toleranzen der Winkel und Abstände, bis auf ein bestimmtes Maß, ohne weiteres annehmbar erschienen. Das Hauptaugenmerk lag jedoch auf dem Punkt, an der das Sattelgestell mit der Sattelstütze verbunden wird, die sogenannte Klemmung im Bereich der beiden parallel verlaufenen Streben. Hier musste eine hohe Passgenauigkeit gewährleistet werden um die Montage auf genormten Sattelstützen zu ermöglichen. Dies ist auch der Grund für den gewählten Durchmesser des Gestells von 8mm. Er entspricht dem üblichen Maß von Sattelgestellen aus Aluminium und stellte gleichzeitig einen von uns festgelegten Mindestdurchmesser zum Erreichen der gewünschten Festigkeit dar. 21

23 Abb.li.: Aufnahme der Maße für die Sattelklemmung 22

24 CAD/CAM Bearbeitung des Gestells Nach dem wir nun das Gestell vermessen hatten, nahmen wir zunächst die Punkte der Knickstellen in AutoCAD auf. Abb. Pfadverlauf des Gestells ohne Verrundungen ( Draufsicht ) Abb. Pfadverlauf des Gestells ohne Verrundungen ( Vorderansicht ) Abb. Abb. Pfadverlauf des Gestells mit Verrundungen ( Seitenansicht ) Diese Datei gaben wir aus AutoCAD als.dxf aus um damit in AlphaCAM eine Fläche zu erstellen. Das Ergebnis war jedoch schon rein optisch keine saubere Fläche was wir uns zunächst nicht erklären konnten. Nach längerem Suchen des Fehlers, entdeckten wir dann eine Unsauberkeit in ACAD. Betrachtet man den im oberen Bild gekennzeichneten Bereich sehr genau, durch starkes Heranzoomen, fällt auf das die Linien nicht in einer Flucht verliefen. 23

25 Abb. Stark vergrößerte Stelle der oberen Abbildung Im folgenden Bild ist deutlich zu sehen welche Auswirkungen diese Ungenauigkeit hatte. Abb. Oberflächen Shading in AlphaCAM (unsaubere Oberfläche) Um diesen Fehler der Oberfläche zu beheben, konstruierten wir nur eine Seite unseres Sattelgestelles im CAD. Erneut wurde diese Datei ins AlphaCAM übertragen und ein Konstruktionsquader erstellt. Aus zwei Projektionen dieses Kurvenverlaufs auf die Seitenansichten des Konstruktionsquaders wurde dann eine Regel-Oberfläche generiert. Dadurch, dass wir nun im AlphaCAM auch noch die restlichen Geometrie Bearbeitungen vorgenommen hatten, also das Abrunden der Übergänge zwischen den einzelnen Punkten, konnte sich diesmal eine saubere Oberfläche erzeugen lassen. 24

26 Abb. Neue Oberfläche ( Unterform ) Im weiteren Verlauf unserer Konstruktion, ging es nun darum die Polylinie, die als Geometrieform diente auf diese erstellte Oberfläche zu Projizieren. Abb. Projektion (lila), der Geometrie (grün) auf die Oberfläche (rot) Nach dem Projizieren der Geometrie auf die Oberfläche, hatten wir nun eine bestimmte Oberfläche mit Begrenzung gegeben, auf der ein Pfad liegt, an dem wir auch eine Bearbeitung anlegen konnten. So konnte man mit der Oberflächenbearbeitung zunächst die Funktion z-ebenen-schruppen auswählen und danach die Oberfläche mit einem Kugelfräser schlichten. Die Bearbeitung folgte in 3 Achs Simultan Bewegungen und war für die Erzeugung der Oberfläche mit der nachgefahrenen Kontur ausreichend. Die folgenden 3 Bilder zeigen die geschruppte und geschlichtete Oberfläche, sowie mit Konturfräsung und mit den Bohrungen um später die Ober- und Unterform, mit Holzdübeln verbinden zu können. 25

27 Zur Erstellung der Oberform wurde der Konstruktionsquader mit Rohteil und NC- Bearbeitungen um 180 um die x Achse gedreht. Dann musste man noch die Bearbeitungsrichtung für die Oberfläche ändern. Zum einfacheren Zusammenführen der Pressformen wurde die Obere Form in drei Elemente unterteilt, wobei jedes mit zwei Positionierbohrungen versehen wurde. 26

28 Bis zur fertigen Form erfolgten noch einige Überarbeitungen bezüglich bestimmter Punkte, Winkel und Höhen. Herstellung des Gestells Nun begannen wir mit den Testversuchen, der verschiedenen Carbon-Schlauch Varianten. Im ersten Versuch nahmen wir 2 Lagen des Carbon-Schlauchs und verwendeten den PU- Schlauch als innere Form. Das Ergebnis war schon relativ gut. Da unsere Ansprüche jedoch zunächst noch dabei lagen ein Modell zu erstellen, welches stabil genug wäre um es tatsächlich einsetzen zu können, wurde im folgenden Versuch das Innere des PU- Schlauchs mit Epoxydharz ausgefüllt. Das Ergebnis des zweiten Versuchs war jedoch nicht erfolgreich, da Zug- und Druckzone im äußeren Bereich der Geometrie liegen. Abb. Innenschlauch PU / Aussen 2 Lagen Carbon - Schlauch Für eine flexiblere Innenform, gerade im Krümmungsbereich, verwendeten wir im nächsten Versuch Moosgummi anstatt des PU-Schlauchs und verwendeten dabei drei Lagen der Rovings. Das Ergebnis war bereits besser, die Rundungen verliefen homogener und das Einlegen in die Form verlief deutlich leichter. Nur von der Festigkeit, waren wir immer noch nicht ganz überzeugt. Durch das flexible Moosgummi konnten wir den Innendurchmesser variieren und so einen Test mit einer vierten Lage Carbonrovings versuchen. Das Pressergebnis dieses Versuches war eine, für unsere Verwendung, ausreichende Festigkeit. Es ist jedoch zu erwähnen, dass keine objektive Überprüfung der Festigkeit stattfand. Die subjektive Beurteilung der Ergebnisse sollte zunächst ausreichen. Zur Erstellung eines gebrauchsfertigen Gestells sollte ein realer Belastungstest auf dem Fahrrad durchgeführt werden. Da dies gemäß Pflichtenheft als Wunsch-Ziel definiert war, stellten wir dies bis zur Abgabe des Projekts zurück. 27

29 Abb. Moosgummi Innenleben / 3 Lagen Carbon Schlauch Abb. Moosgummi Innenleben / 4 Lagen Carbon Schlauch Gestellaufnahmen Um das Sattelgestell mit dem Sattel verbinden zu können, benötigten wir Verbindungen. Hierzu sollten zwei Bauteile aus Kunststoff entstehen. Das Teil zur vorderen Fixierung am Sattel sollte eine Art Klammer darstellen. Das andere Teil sollte aus einem U-förmigen Stück bestehen, welches 2 Bohrungen zur Gestellaufnahme besitzt. Dadurch ist das Gestell nur in der Lage fixiert und kann im Belastungsfall Kräfte über die entstandenen Momentengelenke abgeben. Diese 2 Teile sollten dann mit speziellem Epoxydharz unter den Sattel geklebt werden. Die Wahl des zu bearbeitenden Kunststoffes, fiel auf Obomodulan, welches in dem Labor für Bearbeitungstechnik in verschiedensten Varianten zur Verfügung stand und sehr gut zu verarbeiten ist. Da die Gestellaufnahmen nicht zentrales Element unseres Projektes waren, sollten sie recht unauffällig wirken. Hierfür genügte uns eine einfache lackierte Oberfläche. 28

30 Abb: Obomodulanplatten 5 Die Nachfolgende Tabelle, zeigt einige Daten für den Werkstoff Obomodulan. Letztendlich entschieden wir uns für den Typ 1000, da dieses eine recht gute Biege- und Druckfestigkeit besitzt und trotzdem noch gut zu zerspanen war. Abb. Datenliste Obomodulan

31 Es folgte die Ermittlung der Formen der Aufnahmen. Die fordere Aufnahme sollte dabei einerseits der Kontur der unteren Oberfläche des Sattels folgen, welches wir im weiteren Verlauf der Ausarbeitung erläutern. Andererseits sollte sie sich so gut es geht in die keilförmige Form des Sattels einfügen und recht schlank wirken. Dabei musste die Klebefläche ausreichend groß gestaltet werden. Die Hintere Aufnahme sollte über beide Flügel des Sattels reichen und auf der Verbindungsfläche zwischen Sattel und Aufnahme mit einer Klebetasche versehen werden. Diese soll die gewünschte Klebefugendicke garantieren. Auch hier sollten Kanten und Ecken verrundet, bzw. angepasst werden, um eine nicht zu auffällige Form zu erreichen. CAD/CAM Bearbeitung der Gestellaufnahmen Um die Vorgaben einer Gestellaufnahme umzusetzen, mussten gewisse Formen und Geometrien digitalisiert werden. Zu Beginn wurde die Form der hinteren Gestellaufnahme gezeichnet. Dazu erstellten wir eine Form mit AutoCAD, welche an die Gestaltung der Sattelvorlage angelehnt war. Unser Ziel war es auf den berührenden Flächen zwischen Sattel und Gestellaufnahme eine möglichst gute Passform zu erreichen und auch in den Halterungen den exakten Radius des Gestells zu erstellen. Zu Beginn fügten wir zunächst die vorhandene AutoCAD Datei des Gestells mit zwei einfachen Volumenkörpern zusammen, welche der groben Gestalt unserer gedachten Halterungen entsprachen. Anschließend fügten wir die 3 Volumenkörper mit der Datei des Sattelformteils zusammen und bearbeiteten die drei Körper mit Hilfe der booleschen Operationen. Vorab mussten natürlich auch die Maße und die Position des fertigen Gestells berücksichtigt werden um eine genaue Position der Aufnahmen zu garantieren

32 Nach dem Subtrahieren der Teile, erhielten wir also zwei Volumenkörper welche die gewünschte Kontur des Sattels besaßen und somit eine fugenlose Verbindung zwischen Sattel und Halterung herstellten sollte. Nachfolgend wurden Kanten abgerundet und weitere Bearbeitungen vorgenommen, bis eine endgültige Form erreicht war. Nachdem die Zeichnungen in AutoCAD vollständig waren, konnten wir die einzelnen Bearbeitungsschritte mit AlphaCAM erstellen. Aufgrund der Komplexität der Teile entschieden wir uns dafür, die Bearbeitungen nur in einer dreiachsigen Programmierung durchzuführen. Begonnen haben wir mit der hinteren Halterung. Um die Bearbeitungen zu vereinfachen, fügten wir eine 10mm dicke Grundplatte hinzu. Zuerst wurde die grobe Form durch einen Schruppvorgang erzeugt. Als nächstes wurde auf der Bezugsseite zum Sattel eine Klebetasche eingefräst. Danach begannen wir die einzelnen Oberflächen zu schlichten. Dazu legten wir uns eine Vielzahl von freien Arbeitsebenen an. Durch die Außenkanten der Oberflächen wurden Begrenzungen für die Bearbeitungen erstellt. Das Projizieren der Außenkonturen der vorhandenen Oberflächen war dabei teilweise recht problematisch. Partiell mussten die Begrenzungen entweder versetzt werden, oder gar frei gezeichnet werden. Bei jeder Oberfläche mussten wir die kritischen Übergänge zu anderen Oberflächen beachten. Mit diesem Prinzip bearbeiteten wir die kompletten Flächen des Körpers. Dank der schräg angelegten Arbeitsebenen konnten auch Kanten gut bearbeitet werden und an andere Oberflächen angepasst werden. Die Aussparung in der Mitte frästen wir mit einer Taschenfräsung und abschließend wurden die Löcher zur Aufnahme des Gestells in dem angegebenen Winkel gefräst. 31

33 Nachdem die Bearbeitungen abgeschlossen waren, schnitten wir den Körper von der Grundplatte ab. Mittels einer zweiten Bearbeitung auf einer anderen Vorrichtung wurden die gewünschten Verrundungen der Kanten erzeugt. Auch bei dieser Bearbeitung arbeiteten wir mit einer Dreiachsbearbeitung von einer schräg liegenden Arbeitsebene. Nach dieser Bearbeitung hatte die Halterung hinten ihre endgültige Form erreicht. Bei der Bearbeitung der vorderen Halterung wandten wir das gleiche Prinzip an. Dabei mussten wir beachten dass beim Fräsen in horizontaler Achse das Aggregat der MAKA nicht nicht in Berührung mit dem Spanntisch kommt. Dadurch wählten wir ein hohes Rohteil, ähnlich, wie bereits bei der Sattelspitze. Das weitere Verfahren war das gleiche wie bei der hinteren Aufnahme. Doch mussten gerade hier so gut wie alle Begrenzungen manuell gezeichnet werden. Nach dem Oberflächenschruppen folgten fünf Bearbeitungen an den Oberflächen welche wieder aufeinander abgestimmt waren und somit ideale Übergänge zwischen den einzelnen Oberflächen erzeugten. Herstellung der Gestellaufnahmen Bei der Herstellung der Gestellaufnahmen, begannen wir mit der ersten Fräsung der hinteren Aufnahme. Hierfür erstellten wir zunächst eine Vorrichtung um die Bearbeitungen auf der MAKA durchführen zu können. Diese verschaffte und genügend Platz bei der Horizon- 32

34 talen Bearbeitung, da es sonst zu einer Kollision des Aggregats mit dem Maschinentisch gekommen wäre. Abb. Schruppvorgang Abb. Fräsen der Klebetasche Das zu bearbeitende Obomodulan, wurde mit einer Vakuumvorrichtung angesaugt und konnte so gefräst werden. Das Rohteil hatte eine Größe von L x B x H (100mm x 50mm x 60mm). Beim Bearbeiten blieb das gefräste Teil auf der Restgrundplatte stehen. Daraufhin trennten wir das fast fertige Teil an der Bandsäge von dieser Grundplatte. Im weiteren Verlauf folgte die zweite Bearbeitung der hinteren Gestellaufnahme. Hierfür wurde das Teil auf die Fläche ohne Klebetasche aufgelegt, mit 3 Dübeln an einer Position fixiert und gegen Verrutschen während der Bearbeitung mit einer handelsüblichen Schraubzwinge gehalten. Abb. 2. Bearbeitung 33

35 Auch für die Bearbeitung der vorderen Halterung benötigten wir zunächst eine Vorrichtung. Hierfür konnte sich jedoch eine Vakuumvorrichtung nicht als praktikabel erweisen. Daher Erstellten wir eine Platte, die wir an die Anschläge anlegen konnten, die wiederum Anlageflächen für unser zu bearbeitendes Teil besaß. Das Obomodulan wurde dann für den Fräsvorgang mit 2 Schrauben an der Vorrichtung fixiert. Abb. Halterung Vorne Auch die vordere Halterung wurde nach dem Fräsen noch an der Kreissäge von dem restlichen Obomodulanblock getrennt. In der Nachbearbeitung wurden hier die Kanten nur leicht gebrochen. 34

36 Abb: Überprüfen der Aufnahmen am Sattel Nach leichten vorläufigen Schleifarbeiten, wurde die Passgenauigkeit an dem Formteil überprüft. Nun konnten wir die nötigen Stückzahlen für die Abgabe herstellen. Oberflächenbehandlung Bei der Oberflächenbehandlung des Sattelgestells wollten wir den typischen Carbon- Look beibehalten, indem wir eine transparente, lackierte Oberfläche erzeugten. Hierzu verwendeten wir herkömmlichen Klarlack aus einer Sprühdose. Der Glanzgrad ist Seidenmatt, da uns ein Hochglanz nicht ganz passend zum Rest unserer Sattelteile erschien. Grobe, ausgehärtete Epoxydharzreste wurden zunächst mit dem Stecheisen entfernt, dann wurde die Oberfläche mit einer 120er, sowie 150er Körnung bearbeitet. Darauf folgten 2 Schichten Klarlack. Nach dem ersten Auftrag wurde eine Trocknungszeit von 12 Stunden eingehalten und die Oberfläche noch einmal leicht angeschliffen. Danach wurde die zweite Schicht aufgetragen. 35

37 Abb. Lackauftrag Bei den Gestellaufnahmen entschieden wir uns für eine Farblackierung in Tiefschwarz (RAL 9005). Hierfür wurde bis zu einer Körnung von 240 geschliffen. Eine Oberflächenbeschichtung kam nur an den Stellen zum Einsatz, die keinen Kontakt mit der Oberfläche des Sattel hatten, um die Klebekraft nicht zu verringern. So klebten wir zunächst nach dem Schleifen die Verbindungsstellen mit üblichem Malerkrepp ab. Dann klebten wir alle Teile auf eine Platte um sie zu beschichten. Zunächst verwendeten wir einen Haftgrund, um die Poren zu schließen und eine gleichmäßige Oberfläche zu erreichen. Diese wurde nach einem 12 Stündigen Trocknungsvorgang nochmal leicht angeschliffen und gesäubert, um die eigentliche Farbe zu lackieren. Um eine abriebfeste Oberfläche zu erhalten, erfolgte ein je zweimaliger Auftrag von Grundierung und farbigem Lack im Nass-in-Nass- Verfahren. Abschließend wurde ein Klarlack aufgetragen. 36

38 Abb. Grundierung Abb. Lackauftrag Abb. Lackauftrag 37

39 4. Montage Sattel und Gestell Zur Montage von Sattel und Gestell wurden zunächst die vordere und hintere Aufnahme für lose auf das Gestell gesteckt, da eine Verklebung an dieser Stelle, wie beschrieben, nicht erfolgen sollte. Anschließend wurden die Aufnahmen an den Klebeflächen mit Verdünnung gereinigt und mit Epoxydharz eingestrichen. Dieses enthält Füllstoffe und hat dadurch eine besonders hohe Festigkeit. Danach konnten Gestell und Sattel zusammengefügt werden. Die vordere Aufnahme stößt dabei an die Sattelspitze, die hintere Aufnahme wird mittig auf der Sattelfläche positioniert. Dafür wurden bereits an der Formatierform des Formteils Positionierdorne angebracht, welche einen Abdruck auf der Unterseite der Holzteile erzeugen und zur mittigen Ausrichtung des Gestells dienen. Der notwendige Pressdruck wird mittels vier kleiner Schraubzwingen erzeugt, die nach 12 Stunden wieder entfernt werden können. Ihre Endfestigkeit erreicht die Verklebung mit Epoxydharz nach ca. zwei Wochen. Abb.: Auftragen von Epoxydharz in Klebetasche Abb.: Fixiertes Gestell auf Sattel Abschließend wurden die Holzflächen der Sättel mit einem farblosen Öl für den Außenbereich oberflächenbehandelt. So ergibt sich eine optisch ansprechende und belastbare Oberfläche, die sich bei Abnutzung leicht nachbehandeln lässt. 38

40 5. Endergebnis 39

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42 6. Fazit & Kritik Das erzielte Ergebnis erfüllt alle Muss-Kriterien des Pflichtenheftes. Obwohl mehrere Aspekte einen erheblichen Zeitaufwand und Durchhaltevermögen erforderten, konnten doch alle Anforderungen zur vollsten Zufriedenheit der Projektgruppe erfüllt werden. Besonders die Bereiche Dokumentation und Zeitmanagement erforderten dabei jedoch ein hohes Maß an Disziplin. Zur Verwendung des Sattels auf dem Fahrrad sind jedoch noch weitergehende Schritte und Versuche notwendig, welche das Zeitfenster des Projektes nicht mehr zuließen. Dies wird anschließend außerhalb des Moduls durchgeführt. Durch die vielseitigen Möglichkeiten, welche im Labor für Bearbeitungstechnik geboten werden, konnten viele Aspekte bezüglich der Materialien und Bearbeitungsverfahren getestet werden. Bei der Verformung der Sitzfläche wurden beispielsweise die Werkstoffeigenschaften bis an die Grenzen ausgereizt. Das Modul ermöglichte eine praxisnahe Anwendung vieler Tätigkeiten der C-Technik sowie die Bewältigung komplexer Probleme durch die Entwicklung von Lösungskonzepten. 41

43 7. Anhang 42

44 Erklärung Die Unterschreibenden versichern, dass sie die vorliegende schriftliche Arbeit selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel verwendet haben. Die Stellen der Arbeit, die anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen sind, wurden in jedem Fall unter Angabe der Quellen kenntlich gemacht. Dies gilt auch für beigegebene Zeichnungen, bildliche Dokumente und Skizzen. Hildesheim, Christian Stahl Matthias Glahe Paul Causin Rémi Ferment