Technische Dokumentation Hinterradumbau Honda CX500, Baujahr 1981

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1 Technische Dokumentation Hinterradumbau Honda CX500, Baujahr 1981 Bilder 1 und 2 Fahrzeug des Autors - 1 -

2 1. Motivation + Zielstellung: Realisierung der maximal möglichen Reifenbreite durch Modifikation der Hinterradschwinge ohne Änderungen am Hilfsrahmen und unter Beibehaltung des serienmäßigen Radstandes für folgende CX-Typen CX500 Standard alle Baujahre CX500C (PC01) alle Baujahre 2. Stand der Technik Die in der Rundrohrschwinge der o.g. Fahrzeugtypen geführte Hinterrad ist bei der CX500C serienmäßig mit 130er Bereifung auf 2.50x16-Felge ausgerüstet. Für weiterführende Umbauten lassen sich ohne Änderung der Schwingengeometrie maximal 140 mm Reifennennbreite auf Basis von 3.00x16-Speichenfelgenumbauten ohne Spurversatz verwirklichen. Die lichte Weite der Schwinge im Bereich der maximalen Reifenbreite beträgt 160 mm, durch die asymmetrische Ausführung der Schwingenarme ergibt sich bereits im Serienzustand (CX500C) eine Engstelle zwischen Reifen und rechten Schwingenarm (Kardantunnel) von ca. 5 mm. Der Einsatz eines doppelten Kreuzgelenks für einen signifikanten Versatz der Antriebswelle >/= 30mm analog zu am Markt befindlichen Umbaukits (z.b. Suzuki VS1400) wurde im CAD untersucht (Bilder 3 und 4). Der Ansatz wird aus folgenden Gründen nicht weiter verfolgt: der nach außen ragende rechte Schwingenarm kollidiert mit der Hilfsrahmenschleife eine bezüglich des doppelten Kreuzgelenks geometrisch akzeptable Lösung bedingt eine Verlängerung der Schwinge um mindestens 10 cm ( Radstandsänderung! ) der Einsatz eines doppelten Kreuzgelenks bedingt eine weitere zusätzliche Lagerung der Antriebswelle im Schwingenarm Versatz der rechten oberen Stoßdämpferhalterung am Hilfsrahmen erforderlich Modifizierung der Radnabe am Übergang zum Endantrieb erforderlich Herstellbarkeit, Festigkeit und Montagefähigkeit der gestückelten Antriebswelle offen Bild 3 CAD-Modell, Untersuchung zum Versatz der Antriebswelle - 2 -

3 Bild 4 Untersuchung zum Versatz der Antriebswelle Im Folgenden wurde der Einsatz eines Reifens in der Dimension 170/16`` bei maximal möglicher Aussparung der Schwingenarme untersucht. 3. Modellierung Die Hinterradschwinge der Honda CX500 wurde zunächst vermessen und anschließend in einem 3D-CAD-Programm modelliert (Bild 5). Bild 5 CAD-Modell der Hinterradschwinge Das CAD-Modell wurde um die Antriebswelle mit Kreuzgelenk sowie das Hinterrad mit einem Reifen in der Dimension 170/16 erweitert. Die Schwinge wurde an den Engstellen zum Reifen freigeschnitten (Bild 6) und mit zusätzlichen Blechen wieder verschlossen (siehe auch Bild 14)

4 Der Mindestfreigang der Antriebswelle zum Wellentunnel innerhalb der Schwinge wurde mit 2 mm festgelegt. Bei Bedarf kann der Abstand zwischen Antriebswelle und Wellentunnel durch seitliches Ausdistanzieren der Schwinge an den Lagerstellen im Fahrzeugrahmen feinjustiert werden. 2 mm Bild 6 CAD-Modell der Hinterradschwinge Auf die Antriebswelle ist am Ende eine Verbindungsmuffe aufgesteckt, die eine formschlüssige Verbindung zur aus dem Endantrieb kommenden Welle sicherstellt und die mit einem Spannstift gegen axiale Bewegung zur Antriebswelle gesichert ist. Der auskragende Bereich der Spannstiftführung in der Muffe muss zur Minimierung der notwendigen Ausbuchtung in der Schwinge abgearbeitet werden. Durch diese Maßnahme wird der Rotationsdurchmesser der Welle am Ende der Muffe um ca. 6 mm reduziert (Bild 7)

5 Bild 7 Antriebswelle Um die Schwächung der Rohrquerschnitte durch die Aussparungen auszugleichen, wurden beide Schwingenarme mit Unterzügen versehen (Bilder 8 und 9). Die Antriebswelle kann nach der Modifikation durch die Einschnürung des Wellentunnels weder montiert noch demontiert werden, d.h. die Welle muss vor dem endgültigen Verschließen der Ausnehmungen in die Schwinge eingesetzt werden. Bild 8 CAD-Modell der modifizierten Hinterradschwinge - 5 -

6 Bild 9 CAD-Modell der modifizierten Hinterradschwinge Bild 10 CAD-Modell der modifizierten Hinterradschwinge mit Hinterrad 170/16 4. Berechnung Für den Festigkeitsnachweis wurde mangels Vorgaben eine vergleichende Rechnung der modifizierten Schwinge zur Serienschwinge durchgeführt. Die Berechnung erfolgte mittels FEM (Finite-Elemente-Methode). Die Ergebnisse können positiv bewertet werden, wenn sowohl Verformung der Schwinge als auch die auftretenden Bauteilspannungen sich zumindest auf gleichem Niveau bewegen bzw. im modifizierten Bauteil geringer sind als im Originalteil. Die Schwinge wurde mit Kontaktbedingungen im Bereich der Schwingenachse gelagert. Die linke Stoßdämpferaufnahme wurde mit einer Randbedingung in allen Richtungen fixiert. Am Endantriebsflansch wurde eine Kraft F = 1500 N angetragen (Bild 5)

7 Bild 11 Lasten und Randbedingungen im FE-Berechnungsmodell Die Auswertung der Verschiebungen (Bild 6) ergibt bezogen auf die Mitte des Endantriebsflansches folgende Maximalwerte: Originalschwinge ε y = 2,2mm Modifizierte Schwinge ε y = 1,6mm Die modifizierte Schwinge ist somit bezüglich der Biegesteifigkeit der Schwingenarme gegenüber dem Originalzustand um ~25% verbessert. Bild 12 - Auswertung der Verschiebungen im FE-Berechnungsmodell, grafische Darstellung 10fach überhöht Der Vergleich der Bauteilspannungen zeigt eine Reduktion der Spannungen im Bereich der geänderten Rohrquerschnitte gegenüber dem Serienstand (ca. -20%). Das Auftreten kritischer Spannungen in anderen Bereichen konnte durch die Berechnung des modifizierten Bauteils ausgeschlossen werden (Bild 13). Im Bereich der späteren Schweißnähte zeigen sich Spannungen <<80N/mm², die Bereiche der Wärmeeinflusszonen sind als nicht festigkeitsrelevant einzustufen und bedürfen keiner weiteren Untersuchung

8 Bild 13 Auswertung der Bauteilspannungen im FE-Berechnungsmodell Die Auswertung der Berechnungen der modifizierten Schwinge spiegelt die erwartete Steigerung der Bauteilsteifigkeit bei gleichzeitiger Spannungsreduzierung durch den Einsatz der Unterzüge wider. 5. Schwingenumbau - Hardware Die Schwinge wurde im ersten Schritt nach Zeichnung ausgefräst. Entsprechend den Abwicklungen aus dem 3D-CAD-Modell wurden drei Bleche zum Verschließen der Öffnungen in den Schwingenarmen ausgeschnitten und an die Schwinge angepasst sowie die Unterzugbleche angefertigt (Bild 8). Bild 14 Anpassen der Verschlussbleche an die bearbeitete Schwinge Anschließend erfolgte nach Einbau der Schwinge in einen CX-Torso (Rahmen, Motor und Endantrieb) die Prüfung der Freigängigkeit der Antriebswelle im Kardantunnel. Nach dem WIG-Schweißen der Bleche und Unterzüge an die Schwinge und dem nachfolgenden Richten erfolgte eine erneute Einbauprüfung am CX-Torso und die Fluchtungsprüfung mittels Hinterradsteckachse zwischen den Schwingenarmen (Bild 15). Die lichte Weite in der Schwinge beträgt nach dem Umbau im Bereich der Reifenwulst 176 mm. Durch die genaue Anpassung der Wellentunnelgeometrie an die - 8 -

9 Antriebswelle ergibt sich auf der rechten Seite ein zusätzlicher Reifenfreigang von 9 mm. Bild 15 Einbauprüfung der modifizierten Schwinge nach dem Richten (Endantrieb nicht montiert) 6. Einbau Das Hinterrad wurde mittels Originalnabe, Nabenringen sowie einer 3.50x16- Stahlfelge neu aufgebaut und mit einem Reifen in der Dimension 170/70/16 (Bridgestone G721) ausgestattet (Bild 16). Für den notwendigen Freigang des Reifens im Fahrzeugheck (Bild 17) müssen umfangreiche Modifikationen vorgenommen werden. Diese betreffen z.b.: Verbreiterung des inneren Spritzschutzes Neuanordnung der Elektrikkomponenten Auf der am Fahrzeug bereits verbauten Vorderrad-Speichenfelge 3.00x16 wurde ein zum neuen Hinterrad passender Vorderradreifen 150/80/16 (Bridgestone G722) aufgezogen. Der Umbau wurde nach positiv beschiedener Einzelabnahme in die Fahrzeugpapiere eingetragen

10 Bild 16 Hinterrad mit Schwinge Bild 17 seitlicher Freigang des Reifens zum Hilfsrahmen Bild 18 Heckansicht Fahrzeug