Entwicklung ultra-schneller und Aerodynamischer Profirennräder unter Verwendung des Artec Leo
Herausforderung
Ein auf Sporttechnologie spezialisiertes Forschungs- und Entwicklungsunternehmen produziert mit Hilfe von exakten 3D-Scans aerodynamische Profirennräder für den Bahn-Radsport.
Verwendete Geräte
Ergebnis
Der handgeführte 3D-Scanner Artec Leo wurde für das Scannen verschiedener Profirennräder verwendet. Zusätzlich wurde der industrielle 3D-Scanner Artec Space Spider benutzt, um 3D-Daten der Bauteile der Bahnräder in höchster messtechnischer Genauigkeit zu erhalten.
Der Luftwiderstand spielt bei Profi– und olympischen Rennrädern eine enorme Rolle. Das britische Unternehmen Vorteq, hat in Kooperation mit den Ingenieuren des Fahrradproduzenten Worx gemeinsam ein Track Bike hergestellt, welches innerhalb der Rennradbrache wegen seiner Luftdurchschneidung auf großes Interesse stößt. Dies war nur durch die handgeführte 3D-Scantechnologie, die Verwendung von CFD-Analysen (Computational Fluid Dynamics), CAD-Spezialisten und dem Design Thinking, welches eine strukturierte Herangehensweise ist um Innovation zu erzeugen, möglich.
Für gewöhnlich entsteht 80% des Luftwiderstandes durch den Körper des Radfahrers. Nur lediglich 20% sind auf das Fahrrad zurückzuführen. Der absolute Luftwiderstand kann jedoch noch weiter verringert werden. Beispielsweise bringt das Tragen eines Vorteq Zeitfahr-Anzugs durch sein aerodynamisches Design einen Vorteil gegenüber anderen Bekleidungen für den Radsport. Nach der Reduktion des Luftwiderstandes durch den Körper, kann nur noch eine Reduktion des Luftwiderstandes am Fahrrad vorgenommen werden. Um einen möglichst geringen Luftwiderstand des Fahrrads zu erreichen, dass bei Wettbewerben den entscheidenden Vorteil bieten könnte, kommt es vor allem auf ein stromlinienförmiges Design an, da dieses sich am schnellsten durch die Luft bewegt.
Ein strömungsförmiges Rennrad ist optimal für ein stundenlanges Triathlon-Rennen und kann im Vergleich zu weniger gut ausgestatteter Konkurrenz mehrere Minuten schneller sein. Doch was passiert, wenn ein noch überlegeneres Fahrrad auf den Markt kommt?
Seit Jahren versuchen Fahrradproduzenten ihre Produkte zu optimieren, um eine marktführende Stellung einzunehmen. Allerdings werden leider häufig nur Konkurrenzprodukte kopiert. Oft werden Fahrräder im Windtunnel oder CFD-Analysen getestet, doch ein wichtiger Aspekt, der menschliche Faktor, wird nicht beachtet. Bei der Erstellung neuer, aerodynamischer Profirennräder muss der Rennsport als Gesamtkonstrukt betrachtet werden: Die Fahrer selbst, deren Räder und die Haltung der Athleten nehmen in ihrer Gesamtheit großen Einfluss auf die Fahrphysik und müssen bereits in Analysen mit einbezogen werden.
So setzte sich Vorteq das Ziel das schnellste Bahnrad der Welt zu entwickeln, da das Unternehmen bereits viel Erfahrung mit CFD sammeln konnte.
Der erste Projektschritt war die Erfassung von 3D Profirädern in hoher Auflösung. Die entstandenen 3D-Daten wurden für jüngste Forschungen und Prüfungen im Windkanal genutzt. Auch wurde das kinesiologische Fahrverhalten des Radfahrers begutachtet. Die Entwicklung des perfekten Bahnrads Vorteq WX-R konnte durch die Auswertung der 3D-Daten starten.
Auf der Suche nach einem 3D-Scanner stellte sich der Artec Leo mit seiner hohen Präzision, Scangeschwindigkeit und mobilen Flexibilität als hervorragend geeignet heraus. Der kabellose 3D-Scanner Artec Leo, mit welchem mittelgroße Baustücke mit hoher Auflösung von Farben eingescannt werden können, wurde sogar für seine außerordentliche Qualität ausgezeichnet. Aufgrund des 3D-Scanners Artec Leo konnte jedes Profirennrad in einer unglaublich kurzen Zeitspanne von nur 60 Sekunden komplett eingescannt werden.
Durch die Nutzung der Artec 3D-Scanner profitierten die Anwender von der hohen Aufnahmegeschwindigkeit, Tragbarkeit und Wendigkeit des Artec Leos. Mit dem Scan-Ergebnis konnten die Techniker sogar die Profis in der Rennradbranche beeindrucken.
Zusammenfassung der Vorgehensweise
Über das Arbeiten mit den Artec Geräten wurde mit höchster Zufriedenheit folgendes über den Ablauf des Scanprozesses berichtet: Zuerst wurden ausgewählte Fahrräder mit dem Leo gescannt. Die Daten wurden im CFD-System sowie im Windkanal getestet und so verändert, dass die bestmögliche Leistung erreicht wird. Damit konnten die besten Eigenschaften der verschiedenen Fahrräder erfasst und in ein besonderes Design eingesetzt werden. Auch während der Entwicklung hat das 3D-Scanning die Arbeit stark vereinfacht.
Das Team entwickelte einen eigenen Workflow für den Artec Leo: Nach Import der 3D-Daten in die Bearbeitungssoftware von Artec, wurde geprüft, ob alle Daten exakt erfasst worden sind. Die Standardeinstellung waren für diesen Zweck bei der globalen Registrierung perfekt geeignet. Das Team exportierte die OBJ-Datei in Geomagic Wrap, wo noch einige Designarbeiten vorgenommen wurden, bevor das maßgeschneidertes 3D-Modell an das CFD-System gesendet wurde.
Nach erfolgreicher Produktion wurde das Bahnrad Vorteq WX-R in verschiedenen Wettbewerben gefahren und soll auch bei den Olympischen Spielen zu Einsatz kommen. Anfang des Jahres hat das Fahrrad bereits bei der UCI-Bahn-Weltmeisterschaften zwei Medaillen, drei persönliche Bestzeiten, zwei Nationalrekorde und einen neuen Asienrekord aufgestellt.
Ohne die moderne Technik des 3D-Scannings mit Hilfe der Artec Produkte wäre dieser Erfolg in der Entwicklung aerodynamischer Profirennräder wohl kaum möglich gewesen.
Weitere 3D-Scanner für deine Anwendungen
Für hochwertige 3D-Scans zur Optimierung deiner Anwendung kannst Du neben den in dieser Case Study genannten 3D-Scannern auch weitere Geträte von Artec 3D Verwenden. Die handgeführten 3D-Scanner Artec Eva sowie Artec Eva Lite, machen den Scanvorgang für Einsteiger intuitiv umsetzbar und ermöglichen das Anfertigen detaillierter 3D-Modelle. Mit dem Langstreckenscanner Artec Ray und dem Desktopscanner Artec Micro lassen sich sehr weit entfernte sowie extrem kleine Objekte genaustens erfassen und als Modell abbilden.
Für verschiedene Anwendungsbereiche eignen sich unterschiedliche 3D-Scanner. Bist Du nicht sicher, welcher 3D-Scanner der Passende für dein Projekt ist? Unsere Experten beraten dich gerne ausführlich und helfen dir beim optimieren deiner Prozesse!