Caterham "Budg...
 

Caterham "Budget"-Alu-Radträger  

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Dominik
(@dominik)
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22/12/2018 9:34 pm  

Frohe Weihnachten.

Ich nehm’s gleich vorweg: Frank/2 ist Schuld! 😉 Ohne ihn hätte ich mir nicht noch ein letztes großes Schrauberprojekt aufgehalst bevor in wenigen Tagen das „Langzeitprojekt Nachwuchs“ beginnt.

Zwar lösten die bekannten Alu-Radträger einen spontanen „Haben-Will-Reflex“ aus. Allerdings sagt der Verstand beim Blick auf das Preisschild auch „Du hast sie doch nicht mehr alle!“ Zumal für mich als Blümchenpflücker keine begründete Notwendigkeit besteht.

Aber spätestens als Frank die Teile dann in seiner Projektdoku so in den Himmel lobte, war eine Idee nicht mehr aus meinem Kopf zu bekommen: „Das muss doch auch bodenständiger und kostengünstiger gehen“. Ich wollte daher bei meiner Interpretation der gleichen Idee bewusst weg vom High End-Anspruch und hatte stattdessen folgende Anforderungen:

1) Maximale Steifigkeit im Vergleich zum originalen Triumph Spitfire Radträger
2) Deutliche Gewichtseinsparung, aber nicht auf letzter Rille
3) Keine „exotischen“ Komponenten, stattdessen bewährte Technik von Wilwood
4) Kompatibel mit gängigen 13“ Felgen (ET<25)

Als Power Point Ingenieur mit Kernkompetenz „Bunte Bildchen für Industrieschauspieler-Veranstaltungen basteln“ musste ich zunächst längst verschüttete CAD-Kenntnisse aus Studiumszeiten auffrischen. Und was eignet sich hierfür besser, als die originale Caterham Vorderachse nachzukonstruieren? So wurden also alle Komponenten penibel vermessen und nachgebaut. Daraus konnte ich im Anschluss ein Master-Skelett mit allen Anlenkpunkten, Achsen usw. ableiten. Die Basis für die folgende Konstruktion.

Wenn man sich mit dem Thema Radträger für Doppel-Querlenker-Achsen beschäftigt, bleibt man unweigerlich bei Formel-Fahrzeugen und den Lösungen der Formula Student hängen. Allen ist gemein, dass sie auf eine dünnwandige Hohlwelle als „Radachse“ in Verbindung mit vergleichsweise großen Radlagern setzen. Diese Ausführung birgt im Vergleich zur Steinzeit-Achse des Triumph Radträgers, die heutzutage keine Anwendung mehr findet, das größte Potenzial hinsichtlich Steifigkeits- und Gewichtsverbesserungen.

Bei der Auswahl der Lager wägte ich zig Varianten gegeneinander ab. Letztendlich fiel die Entscheidung zugunsten von konservativen, aber trotzdem relativ leichten und kostengünstigen Kegelrollenlagern nach DIN aus. Zwar wären mit Schrägkugellagern oder „exotischen“ Kegelrollenlagern um die 300g pro Rad zu sparen gewesen, aber das war ja bewusst nicht mein Ansatz. Die Lagerung ist in 0-Anordnung mit breiter/steifer Lagerbasis ausgeführt, abgedichtet wird per Nilos-Ringen.

Das Grunddesign des triangulierten Fachwerks wird von den Querlenker- und Spurstangen-Anlenkpunkten vorgegeben und ergibt sich zusammen mit den einwirkenden Kräften quasi „von selbst“. Hier setzte ich erneut auf Bewährtes statt das Rad neu zu erfinden.

In unzähligen Optimierungsschleifen wurden alle Bauteile unter Annahme verschiedener Lastfälle (Kurvenfahrt, Vertikalstoß, Bremsen) FEM gerechnet und im Detail optimiert. Ein Relativvergleich eignet sich hierbei besser als trügerisch sichere Absolutergebnisse. Deshalb wurden zunächst die Kräfte an den originalen Bauteilen so weit erhöht, bis es theoretisch zu einem Versagen durch Bruch kommt. Diese Kräfte wurden dann auf meinen Radträger aufgeprägt, der sich davon spannungsmäßig kaum beeindruckt zeigt 😀 Die entsprechenden Verformungen sind darüber hinaus um den Faktor 4-5 geringer. Damit sollte man festigkeitsmäßig mehr als auf der sicheren Seite sein. Vermutlich schlummern vielmehr locker 500-700 g Gewichtspotenzial in jeder Kombi Träger/Welle. Aber besser sorgenfrei schlafen als besonders leicht am nächsten Baum landen 😕 😎

Bei der Werkstoffwahl ging ich ebenfalls auf Nummer Sicher: Der Radträger und die Bremsscheibennabe sind aus 7075er Aluminium gefertigt, während die Achswelle aus St52 ist.

Statt der sexy Formel 3 Teile habe ich mich für vergleichsweise hemdsärmelige Wilwood Midilite Sättel in Verbindung mit Reibringen aus gleichem Haus entschieden. Die Scheiben sind mit ~260x20mm etwas großzügiger dimensioniert als die Caterham AP „Race“ Bremse (254x18) und markieren das Maximum, was mit diesen Sätteln unter gängigen 13 Zöllern unterzubringen ist.

Rein interessehalber änderte ich die Konstruktion aber trotzdem auch auf Formel 3 Komponenten ab: In diesem Fall würde ich zu schwimmend gelagerten Performance Friction Reibringen in der Dimension 262x18mm in Verbindung mit kompakten Brembo Sätteln greifen. Damit ließe sich zusätzlich ein Gewichtspotenzial von über 2kg/Achse heben! Eigentlich ein verführerisches Gedankenspiel… 😈 😮

Bei der Fahrwerksgeometrie ließ ich mich von „Carsten7“ beraten (--> herzlichen Dank für deine Hilfe). So wurde ein gewisser konstruktiver Nachlaufversatz eingebaut (das Rad ist gegenüber der Verbindungsachse oberer/unterer QL versetzt), so wie es an jedem Serienauto üblich ist. Dadurch verkleinert sich die effektive Nachlaufstrecke bei unverändertem Nachlaufwinkel (geringeres Rückstellmoment bzw. niedrigere Lenkkräfte). Oder es können größere Nachlaufwinkel gefahren werden ohne dass die Lenkkräfte übertrieben ansteigen.

Das Spurstangenlager ist mittels Unterlegscheiben um +/-6mm in der Höhe verstellbar. Damit lassen sich fertigungsbedingte Toleranzen in Rahmen und Fahrwerkskomponenten ausgleichen und Bumpsteer für jedes Rad getrennt korrigieren. Ich musste jedoch nur eine Seite um einen Spacer verstellen, um ein perfektes Messergebnis zu erzielen.

Die Kotflügelhalter bestehen zu einem Großteil aus einem perfekt geformten Bogen einer... äh... öh... ausrangierten Kabeltrommel :mrgreen: 😆 "Upcycling" in seiner schönsten Form! 😀

Und was bringt der Spaß nun unterm Strich? Ganz bestimmt knappe 4kg niedrigere ungefederte Massen 😛 Verbesserungen bzgl. Steifigkeit und Bremsleistung müssen während der nächsten Saison belegt werden.

Gruß
Dominik


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