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Timemachine Modellaufbau

Der Modellaufbau der Timemachine ist ein hochkomplexer, aus vierzehn Schritten bestehender Prozess. Diese Schritte reichen von der Computational Fluid Dynamics Evaluation über Rohrformanalysen, dem Design des V- und Flat-Cockpits bis hin zum einzigartigen Medusa-Arm im Windtunnel von Sauber Engineering.

Modellaufbau

Schritt 1 – Definition der Komponenten

Das 3-D CAD-Modell der bestehenden Timemachine 01 TM01 wird um die Anbauteile ergänzt, um deren Einfluss auf die Aerodynamik besser zu verstehen.

Schritt 2 – Die erste CFD-Evaluation

Die bestehende Timemachine 01 wird mit bekannten Windkanal-Leistungsparametern getestet – ein bereits untersuchtes Laufrad dient als Referenz.

Schritt 3 – Netzgenerierung

Um ein möglichst genaues Computational Fluid Dynamics-Modell zu entwickeln, ist höchste Präzision bei der Netzgenerierung wichtig. Die Knoten des Netzes dienen als Messpunkte.

Schritt 4 – Verfeinerung des Netzes

4.a Je präziser das Netz wird, desto besser können Details herausgearbeitet werden. Das Netz wird so lange verfeinert, bis Simulation und Windkanalmessung übereinstimmen.


Ein verfeinertes Netz von 0,5 mm kommt an den komplexesten Stellen zum Einsatz – beispielsweise an den Speichen. 

4.b Die schrittweise Verfeinerung des Prozesses führt zu einem Simulationsmodell mit 40 Mio. Knoten. Für deren Berechnung braucht es einen äusserst leistungsfähigen Computer.

4.c Das Ergebnis der Berechnung des Supercomputers ermöglicht die Betrachtung von vier Grenzschichten an den meisten Rohren, in kritischen Bereichen bis zu sechs. Eine präzisere Messung ist nahezu unmöglich und so ist das finale Produkt branchenweit einzigartig.

Schritt 5 – Gewichtung der Disziplin

Aufgrund der unterschiedlichen Durchschnittsgeschwindigkeiten in Triathlon und Zeitfahren ist die Einbeziehung des Windeinfallwinkels wichtig, um akkurate und disziplinspezifische Ergebnisse zu erhalten. 

Schritt 6 – Pedalierbewegung

Indem man den Einfluss der Beinposition während der Pedalierbewegung misst, erhält man ein klareres Verständnis darüber, in welchen Bereichen noch Verbesserungspotential steckt.

Step 7 – der Fahrer

Den Fahrer und seine ideale Sitzposition mit einzubeziehen ist hinsichtlich der Aerodynamik absolut entscheidend. Während der Studie wurden Triathlon- und Zeitfahrposition simultan ausgewertet.

Kalkulationen

Schritt 8 – Einfluss der Komponenten

Unter Einbeziehung der Anbauteile und der verfeinerten Netzstruktur wird mit einem akkurat durchgeführten CFD-Prozess der Beitrag aller Komponenten zum Gesamtsystem definiert und berechnet.

Schritt 9 – Analyse der Rohrformen

Ist das CFD-Modell fertiggestellt, der Fahrer gut positioniert und das Versuchsfeld bereit, wird dem neuen Bike Leben eingehaucht. Dieser Prozess beginnt mit einer Analyse der Rohrformen unter Einbeziehung aller bekannten Parameter.

Schritt 10 – Analyse der Rohrformen

Für jedes Rohr am Rahmen (Steuerrohr, Unterrohr, Oberrohr, Sitzrohr, Sattelstütze, Sitzstreben und Kettenstreben) generiert das System 16 unterschiedliche Variationen, die unter neun verschiedenen Windanströmwinkeln und mit zwei Fahrerpositionen getestet werden. 

Evaluation

Schritt 11 – X- vs. Y-Wert

Das oberste Ziel der Rohrform-Studie war die Definition der leistungsstärksten Kombination hinsichtlich des Luftwiderstandskoeffizienten bei Gegen- (Cx) oder Seitenwind (Cy).

Schritt 12 – Trinksystem

Indem man analysiert, wie das Trinksystem und dessen Platzierung die Aerodynamik beeinflusst, kommt man auf spezifische Unterrohr- und Sitzrohrprofile mit zwei unterschiedlichen Flaschenhalter-Montagemöglichkeiten am Unterrohr.

Schritt 13 – Stauraumlösungen

Auch die Stauraumlösungen beeinflussen die Aerodynamik: die hinten befestigte Reservebox verbessert sogar die Cx-Leistung, ohne Einbussen hinsichtlich Cy – selbst bei extremen Windeinfallwinkeln. 

Schritt 14 – V-Cockpit & Rahmenentwicklung

14.a Von der Rohrform-Studie wussten wir, dass eine höhere Position der Armpads, welche die meisten Mittel- und Langdistanzler einnehmen, eine aerodynamische Herausforderung ist. Durch eine höhere Position werden sowohl Oberkörper als auch Beine stärker exponiert, was den allgemeinen Luftwiderstand erhöht.

14.b Zudem konnten wir hierbei überproportional hohe Luftverwirbelungen feststellen. Ingenieure und Aerodynamik-Experten haben eng zusammengearbeitet, um ein System zu entwickeln, das diese Effekte minimiert – heraus kam das patentierte V-Cockpit. 

14.c Weniger Luftverwirbelungen und ein verringerter Luftwiderstand führt zu höherer Geschwindigkeit. Zusätzlich zur Aerodynamik-Performance bietet der Versatz nach vorne eine verbesserte vertikale Nachgiebigkeit – für die optimale Balance zwischen Performance und Komfort. 

Kontrolle

„Medusa Arm“-Anwendung

Sauber Engineering verfügt über einen der modernsten Windkanäle und die fortschrittlichsten Aerodynamik-Messsysteme der Welt. In einem Atemzug mit dem High-Performance-Windkanal wird der legendäre „Medusa Arm“ genannt. Ein System, das in Echtzeit und unter real simulierten Bedingungen die Bereiche von Hoch- und Niedrigdruck misst – also zwischen guter und schlechter Aero-Performance unterscheiden kann.

Dieses System stellt akkurate und präzise Informationen darüber bereit, wie genau Rahmenformen und Komponenten auf den Luftstrom Einfluss nehmen. Der Medusa Arm wird in der Entwicklung dazu genutzt, die Ergebnisse der Simulation mit Echtzeit-Messungen zu vergleichen.

Das ist eine absolute Neuheit in der Bike-Branche und bildet die Grundlage für die Aerodynamik der neuen Timemachine.

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