Produktentwicklung Wie es zur Entwicklung einer Radnabenschaltung für E-Bikes kam

Schalten unter Last: Das ist das Besondere einer Radnabenschaltung für E-Bikes, die das junge Unternehmen Revolute entwickelt hat und dafür auf Solidworks setzte.

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Was bringt junge Ingenieure dazu, sich in das Abenteuer „Selbstständigkeit“ zu stürzen? Ganz einfach – ein Problem zu dem es keine Lösung gibt. Genau dieses Abenteuer, besser gesagt diese Herausforderung, haben Daniel Schlereth und Patrick Harms angenommen und 2017 das Unternehmen Revolute gegründet. Als ambitionierte Mountainbike-Fahrer ist den Gründern immer wieder ein Problem auf ihren Touren sauer aufgestoßen: Ständig schlagende, ewig verschmutzte und wartungsintensive Kettenschaltungen an ihren Fahrrädern. Die Lösung wäre eine Nabenschaltung. Doch bereits vorhandene Systeme sind für elektrisch unterstütztes Fahren einfach nicht zufriedenstellend:

• Konventionelle Nabenschaltungen sind laut und halten den hohen Belastungen sowie den deutlich höheren Fahrleistungen eines E-Bikes oft nicht lange stand.

• Zudem lassen sie sich nicht unter Last schalten.

Nach ergebnisloser Suche im Fachhandel und bei verschiedenen Herstellern entwickelte das Team einen eigenen Lösungsansatz und beschloss, einen Antrag für ein Exist-Gründerstipendium beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie zu stellen. Das Fundament für eine neue Radnabengeneration und weiterer Innovationen in der Antriebstechnik von Fahrzeugen. Das Revolute-Team richtet sich ein eigenes Entwicklungsbüro im Science Park in Kassel ein.

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Werkzeuge für eine erfolgreiche Produktentwicklung

Den Gründern war klar, dass für eine erfolgreiche technische Entwicklung mehr als nur ein Lösungsansatz nötig ist, sondern zusätzlich eine passende Konstruktionssoftware - dem Werkzeug, welches ihre Idee lebendig werden lässt, erforderlich ist. Trotz Exist-Stipendium sind Mittel für teure Anschaffungen knapp und da kam das neue Förderprogramm 3D-Experience Works für Start-Ups von Dassault Systèmes Solidworks genau passend.

Die ganze Entwicklung in einem System

Die Universität Kassel setzt schon seit Jahren mit Catia und Solidworks auf die Softwarelösungen von Dassault Systèmes. Den ehemaligen Studenten waren daher bereits viele Funktionen bekannt, sodass die heutigen Ingenieure nach kürzester Einarbeitungszeit durchstarten konnten.

Von großem Vorteil ist, dass der gesamte Entwicklungsprozess in einem Tool stattfindet. Die Konstruktion, das 3D-Modell wird in Solidworks 3D-CAD erstellt und nahtlos an die Simulationssoftware für Bewegungsabläufe übergeben. Dabei können ganze Baugruppen virtuell auf Kollision und Funktion getestet werden. Das Verhalten von Bauteilen kann somit vorab analysiert werden. Zur Auslegung und Berechnung von hochbelasteten Bauteilen nutzen die Revolute Ingenieure statische FEM-Simulationen in Solidworks Simulation.

Das vermindert das Fehlerpotential und spart viel Zeit - ein entscheidender Faktor auf dem sich schnell weiterentwickelnden E-Bike-Markt. Das Fahrgefühl einer elektrischen Unterstützung wird immer beliebter und Schnelligkeit ist ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. Revolute fährt in diesem Markt ganz vorne mit.

Die Getriebekomponenten werden

• in Solidworks 3D-CAD fertigungsgerecht konstruiert,

• mit dem softwareintegriertem Werkzeug Solidworks Motion auf Funktion überprüft und

• vor Ort für eine Prototypenanalyse 3D gedruckt.

Anschließend werden die Komponenten auf einem hauseigenen Prüfstand getestet. Kleinere Serien und Prototypenteile werden oft bei Dienstleistern in Auftrag gegeben. Auch hier können die 3D-Datensätze 1:1 übergeben werden.

Dossier Simulation

Wie Simulation die Produktentwicklung verbessert

Das Ergebnis: Neues Getriebekonzept mit einem speziellen Schaltmechanismus

Das Ergebnis nach den bestandenen Testphasen ist ein Getriebe, welches ein knackiges und direktes Schalten nahezu ohne Verzögerungen ermöglicht. Dabei ist es wartungsarm, langlebig und bietet einen Übersetzungsbereich von etwa 400 %. Der Clou ist zum einen ein innovatives und völlig neues Getriebekonzept mit einem speziellen Schaltmechanismus, um den Gangwechsel auch unter Last zu ermöglichen. Zum anderen ermöglicht die eingesetzte Schrägverzahnung eine enorme Laufruhe, welche den Fahrkomfort auf ein neues Level hebt. Also nicht nur eine Lösung für den Hobbybiker, sondern mit Weitblick auf Klimaschutz ein neuer Ansatz auch für Lastenfahrräder im Stadtverkehr.

Design und Funktion im Einklang

Nach dieser erfolgreichen Entwicklung war aber noch lange nicht Schluss. Parallel zur Entwicklung der Nabe und dem hierfür nötigen Drehgriff wurden auch ergonomische Fahrradgriffe designt und entwickelt, welche für alle Fahrräder mit Kettenschaltung kompatibel sind. Spätestens bei dieser Entwicklung konnte das Entwicklerteam auch sein Designtalent unter Beweis stellen, denn für das fertige Produkt erhielt Revolute den Red Dot Design Award. Der Griff wurde in Solidworks designt und mit den integrierten Moldtools ausgeformt.

3D-CAD-Software

Von der Uni in den Orbit

Ausblick: Von zwei auf vier Räder

Warum ein Konzept, welches mit zwei Rädern gut funktioniert, nicht auch auf vier Räder übertragen? Neben Lösungsansätzen für 2-Gang-E-Fahrzeuge wie beispielsweise bei neuen E-Mobilitätskonzepten entwickeln die Getriebespezialisten zusammen mit der Universität Kassel bereits neue Ideen für Getriebe für Hybridautos im urbanen Raum. Erste Prototypen sind bereits in der Testphase.

Unterstützt wurde Revolute vom Solidworks-Partner Coffee.

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