Als Stand der Technik sind einfache, kreisförmige Verrundungen zur Reduktion von Kerbspannungen an Querschnittsübergängen bekannt, für die aus Tabellenwerken / Diagrammen in der Literatur die Formzahl einfach abgelesen werden kann. Die Effizienz der Spannungsreduktion solcher Lösungen ist jedoch sehr begrenzt. Ziel der Arbeit ist es daher, dem Konstrukteur bzw. Berechnungsingenieur ein Verfahren in die Hand zu geben, mit dem er für Standardquerschnittsübergänge und Standardlastfälle "Nicht-Kreiskerben" ohne teure und zeitaufwendige FEM-Analyse einfach durch Nutzung geeigneter Formzahldiagramme auslegen kann. Dabei sind sogar Formzahlen von nahezu eins möglich, d.h., in der "Kerbe" bleibt praktisch nur noch die Nennspannung übrig. Die Präsentation ist zweitgeteilt: Im ersten Teil werden die Arbeitsmethoden bzw. Softwarefunktionen und verwendeten Softwarewerkzeuge vorgestellt: Dies sind die Programme Creo Parametric als vollparametrisches CAD-Werkzeug und Creo Simulate als p-FEM-Programm der Parametric Technology Coprporation (PTC). Der zweite Teil der Präsentation beschreibt den Gültigkeitsbereich sowie die untersuchten Kerbgeometrien: Die einfache kreisförmige Verrundung als Stand der Technik, die Zwei-Radien-Kerbe, die Baud-Kurve, die Methode der Zugdreiecke nach Claus Mattheck, die elliptische Kerbe sowie die konische Rundung als generalisierte elliptische Kerbe. Es wird kurz eine Bibliothek vorgestellt, mit der solche Kerben einfach ausgelegt werden können, d.h. Ihre exakte Geometrie festgelegt sowie die zugehörige Formzahl αk bestimmt werden kann. / Circular (one-radius) fillets are known as state-of-the-art for reducing notch stresses at cross section transitions. The stress concentration factor Kt of such geometries can be read out from diagrams/tables given in the literature. However, the efficiency of stress reduction of circular notches is very limited. The goal of the work therefor is to present a method for the designer/analyst how to design non-circular notches/fillets just by using suitable Kt-diagrams without time-consuming and expensive FEM analyses. Kt-numbers of nearly one are possible, that means in the "notch" just the nominal stress appears and no stress concentration takes place. The presentation has two parts: Part one describes the working methods and software functions as well as software tools: Creo Parametric as fully-parametric CAD program and Creo Simulate as embedded p-FEM-tool from Parametric Technology Corporation (PTC) have been used. The second part describes the range of validity and the examined notch geometries: The one-radius fillet as state-of-the-art, the two-radii filet, the Baud-curve, the method of tensile triangles from Claus Mattheck, the standard elliptical fillet and the conical round as generalized elliptical fillet. A notch layout library is shortly presented that allows to design such fillets, that means exactly determine the notch geometry and the related stress concentration factor Kt.

The presentation describes the development of a new mountain bicycle pedal with a special magnetic safety locking mechanism by means of the finite element method (FEM). It starts with a description of the predecessor mountain bike pedal “Enduro” from magped GmbH and sets out the development objectives for the new pedal named “Enduro2”. The complete development activities like load determination and load assumptions, FEM analysis of the initial draft, subsequent optimization steps for strength improvement and mass reduction, bearing design and analysis, and prototype testing are described. The presentation ends with a chapter about creating computer generated images for marketing material of the pedal. The presentation is structured as follows: 1. Introduction: -Description of the predecessor mountain bike pedal “Enduro1” by magped GmbH -The magnetic safety locking mechanism -Overview of the magped GmbH product portfolio -Short magped GmbH company presentation -Development objectives and initial design draft of the successor pedal model “Enduro2” 2. Determination of the load cases for design & optimization: -Loads for bicycle pedals acc. to DIN ISO 4210 -Chosen load cases and qualification test program 3. Strength analysis and weight optimization of the pedal axis: -Pre-optimization steps -Optimized shape: Theoretical consideration of the pedal axis -Optimized design description -Obtained mass reduction -User tips for shape / notch stress optimization -Comparison with the axis of a competitor 4. Strength analysis and weight optimization of the pedal body: -Challenges in pedal body design -Computed load cases -Design result and mass savings 5. Bearing design and analysis: -Sliding bearing layout -Ball bearing layout: Bearing forces computation by FEM due to over-determined system -Description of the Creo Simulate FEM model -Bal bearing life span 6. Product testing: -Test program performed by the zedler-institute -Testing of the first test batch of pedals with hollow bored axis -Testing of the first test batch of pedals without hollow bored axis 7. Realized mass savings: -Magped Enduro1 and Enduro2 on the balance and comparison with the magped Gravel pedal 8. Creation of marketing material for the final product: -Still image creation -Photorealistic rendering containing FEM loading sequences / Der Vortrag beschreibt die Entwicklung eines neuen Mountainbike-Pedals mit einer speziellen magnetischen Sicherheitsverriegelung mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). Er beginnt mit einer Beschreibung des Vorgänger-Mountainbike-Pedals 'Enduro' der magped GmbH und legt die Entwicklungsziele für das neue Pedal mit dem Namen 'Enduro2' dar. Die gesamten Entwicklungsaktivitäten wie Lastermittlung und Lastannahmen, FEM-Analyse des ersten Entwurfs, nachfolgende Optimierungsschritte zur Festigkeitsverbesserung und Massenreduzierung, Lagerauslegung und -analyse sowie Prototypentests werden beschrieben. Die Präsentation endet mit einem Kapitel über die Erstellung computergenerierter Bilder für die Verwendung in Marketingmaterial des Pedals. Gliederung des Vortrages: 1. Einleitung: -Beschreibung des Vorgänger-Mountainbike-Pedals 'Enduro1' der magped GmbH -Die magnetische Sicherheitsverriegelung des Pedals -Überblick über das Produktportfolio der magped GmbH -Kurze Firmenpräsentation der magped GmbH -Entwicklungsziele und erster Designentwurf des Nachfolgemodells 'Enduro2' 2. Ermittlung der Lastfälle für Design & Optimierung: -Belastungsfälle für Fahrradpedale nach DIN ISO 4210 -Ausgewählte Lastfälle und Qualifikations-Testprogramm 3. Festigkeitsanalyse und Gewichtsoptimierung der Pedalachse: -Vor-Optimierungsschritte -Optimierte Form: Theoretische Betrachtung der Pedalachse -Beschreibung der optimierten Form -Erzielte Massenreduzierung -Anwendertipps zur Form- / Kerbspannungsoptimierung -Vergleich mit der Achse eines Wettbewerbers 4. Festigkeitsanalyse und Gewichtsoptimierung des Pedalkörpers: -Herausforderungen bei der Konstruktion von Pedalkörpern -Berechnete Lastfälle -Konstruktionsergebnis und Gewichtseinsparung 5. Lagerkonstruktion und -analyse: -Auslegung der Gleitlager -Auslegung der Kugellager: Berechnung der Lagerkräfte durch die FEM aufgrund des statisch überbestimmten Systems -Beschreibung des Creo Simulate FEM-Modells -Lebensdauer der Kugellager 6. Produktprüfung: -Testprogramm, durchgeführt durch das zedler-Institut -Erprobung der ersten Versuchscharge von Pedalen mit hohlgebohrter Achse -Prüfung der ersten Versuchscharge von Pedalen ohne hohlgebohrte Achse 7. Realisierte Masseneinsparung: -Magped Enduro1 und Enduro2 auf der Waage und Vergleich mit dem magped Gravel-Pedal 8. Erstellung von Marketingmaterial für das Endprodukt: -Erstellung von computergenerierten Fotos -Fotorealistisches Rendering mit FEM-Belastungssequenzen

Als Stand der Technik sind einfache, kreisförmige Verrundungen zur Reduktion von Kerbspannungen an Querschnittsübergängen bekannt, für die aus Tabellenwerken / Diagrammen in der Literatur die Formzahl einfach abgelesen werden kann. Die Effizienz der Spannungsreduktion solcher Lösungen ist jedoch sehr begrenzt. Ziel der Arbeit ist es daher, dem Konstrukteur bzw. Berechnungsingenieur ein Verfahren in die Hand zu geben, mit dem er für Standardquerschnittsübergänge und Standardlastfälle "Nicht-Kreiskerben" ohne teure und zeitaufwendige FEM-Analyse einfach durch Nutzung geeigneter Formzahldiagramme auslegen kann. Dabei sind sogar Formzahlen von nahezu eins möglich, d.h., in der "Kerbe" bleibt praktisch nur noch die Nennspannung übrig. Die Präsentation ist zweitgeteilt: Im ersten Teil werden die Arbeitsmethoden bzw. Softwarefunktionen und verwendeten Softwarewerkzeuge vorgestellt: Dies sind die Programme Creo Parametric als vollparametrisches CAD-Werkzeug und Creo Simulate als p-FEM-Programm der Parametric Technology Coprporation (PTC). Der zweite Teil der Präsentation beschreibt den Gültigkeitsbereich sowie die untersuchten Kerbgeometrien: Die einfache kreisförmige Verrundung als Stand der Technik, die Zwei-Radien-Kerbe, die Baud-Kurve, die Methode der Zugdreiecke nach Claus Mattheck, die elliptische Kerbe sowie die konische Rundung als generalisierte elliptische Kerbe. Es wird kurz eine Bibliothek vorgestellt, mit der solche Kerben einfach ausgelegt werden können, d.h. Ihre exakte Geometrie festgelegt sowie die zugehörige Formzahl αk bestimmt werden kann. / Circular (one-radius) fillets are known as state-of-the-art for reducing notch stresses at cross section transitions. The stress concentration factor Kt of such geometries can be read out from diagrams/tables given in the literature. However, the efficiency of stress reduction of circular notches is very limited. The goal of the work therefor is to present a method for the designer/analyst how to design non-circular notches/fillets just by using suitable Kt-diagrams without time-consuming and expensive FEM analyses. Kt-numbers of nearly one are possible, that means in the "notch" just the nominal stress appears and no stress concentration takes place. The presentation has two parts: Part one describes the working methods and software functions as well as software tools: Creo Parametric as fully-parametric CAD program and Creo Simulate as embedded p-FEM-tool from Parametric Technology Corporation (PTC) have been used. The second part describes the range of validity and the examined notch geometries: The one-radius fillet as state-of-the-art, the two-radii filet, the Baud-curve, the method of tensile triangles from Claus Mattheck, the standard elliptical fillet and the conical round as generalized elliptical fillet. A notch layout library is shortly presented that allows to design such fillets, that means exactly determine the notch geometry and the related stress concentration factor Kt.