Unternehmen für Industriedesign setzt bei Fortbewegungstechnologie mithilfe von NX neue Maßstäbe hinsichtlich Leistung und Kundenbegeisterung

Cooles Design für komfortables Pendeln

Dezente Gewichtsverlagerung ist vielleicht der Schlüssel dazu, lässig auf einem elektrischen Einrad durch die Stadtlandschaft zu gleiten. Doch durchdachtes Design ist der Schlüssel zu Komfort und Performance. Einem Ethos des Industriedesigns folgend, begann Uniwheel mit der Umgestaltung eines generischen Designs für ein Einrad und schuf ein ergonomisches sowie zuverlässiges Fortbewegungsmittel.

„Uns ist bewusst, dass die meisten derzeit erhältlichen elektrischen Einräder auf einem eher einfachen Design basieren: Elektronik in einem aus zwei Hälften zusammengefügten Gehäuse, aus dem quadratische Pedale herausragen“, erläutert Steve Milton, Leiter und Geschäftsführer des Londoner Unternehmens. „Die Rückmeldungen der Benutzer ergaben, dass das kastenförmige Design zu Beinverletzungen führte. Daher wollten wir zu einer komfortablen, sicheren und angenehmen Anwendererfahrung beitragen.“

Ziel von Uniwheel war es, als erstes Unternehmen ein gut durchdachtes Design auf den Markt zu bringen. Dieses Ziel war Ende 2015 erreicht, als das Unternehmen sein erstes Verbraucherprodukt auf dem Markt einführte – nur sieben Monate nach dem ersten Konzept. Die Verwendung der NX™-Software vom PLM-Spezialisten (Product Lifecycle Management) Siemens Digital Industries Software war Grundvoraussetzung für den Erfolg und die Geschwindigkeit des gesamten Entwicklungsprojekts.

Gleichgewicht zwischen Form und Funktion auf einem Rad

Bereits beim ersten Konzept verwendete das Konstruktionsteam NX, um grundlegende 3D-Modelle der Elemente zu entwickeln, z. B. die Gestaltung der äußeren Form des Kunststoffgehäuses mit integrierter Beleuchtung, des Metalls für die Pedale und den Motor oder auch der Feinheiten wie den Oberflächengrip der Pedale. Die größte Herausforderung waren die Bündelung der hochentwickelten Elektronik und Software, die herausnehmbaren Akkus, der Motor und das Radgehäuse. Auch ausreichender Platz für die Kabelstränge war ein kritischer Faktor. Da das Hauptaugenmerk eindeutig auf der Ergonomie des Hauptgehäuses lag, spielten 3D-Kurven eine wichtige Rolle. „Das Styling mit NX ist großartig, die Funktionen zur Oberflächengestaltung sind wirklich umfassend“, kommentiert Carson Brown, Konstrukteur.

Da auch Sicherheit während der Entwicklung eine große Rolle spielte, mussten zahlreiche Sensoren in verschiedene Teile integriert werden, z. B. in die Pedale und den Griff. Die Sensoren erlauben es dem Motor, automatisch darauf zu reagieren, wenn ein Fuß auf ein Pedal aufgesetzt bzw. von ihm heruntergenommen wird oder wenn das Einrad vom Boden abhebt. Auch ein Abschaltpunkt ist vorgesehen, um zu verhindern, dass der Motor seine Belastungsgrenze erreicht.

Viele Gedanken machte man sich auch bei der Konstruktion von Rad und Reifen. Anschließend erfolgte die Feinabstimmung des Reifendrucks, um die Kontaktoberfläche zum Boden zu vergrößern und so die Stabilität zu erhöhen und die Akkulaufzeit zu verlängern. Zudem nutzte das Team NX, um ein spezielles Reifenprofil zu entwickeln, das ein schnelleres Ablaufen von Wasser und damit einen besseren Grip ermöglicht.

Fast 400 verschiedene Komponenten und 25 Werkzeuge wurden entwickelt und mit NX überprüft, um zu gewährleisten, dass keine Probleme durch Interferenzen oder Kollisionen auftreten. In einigen Fällen wurde 3D-Druck für die schnelle Prototypenerstellung eingesetzt – insbesondere für die bidirektionalen Leuchten, die ihre Richtung abhängig von der Ausrichtung der Maschine ändern, sich an die jeweilige Tageslichtintensität anpassen und heller werden, sobald sich die Fahrt verlangsamt.

Das Gehäuse besteht aus Tritan™-Copolyester, einem stabilen, kollisionsfesten Kunststoff, der mit Silikonkautschuk umspritzt ist, um Erschütterungen zu absorbieren. Die Ingenieure entwickelten einen Prüfstand, um physische Verschleiß- und Abnutzungstests durchzuführen und die Verwendung des Einrads im alltäglichen Gebrauch zu simulieren. „Obwohl das Hauptgehäuse äußerst komplex ist, waren die einzigen Probleme, die bei den Tests auftraten, kosmetischer Natur. Wir konnten die feinen Details auf den Oberflächen leicht erkennen und anpassen“, so Steve Godden, Konstrukteur bei Uniwheel. „Dank NX erhalten wir herausragende Klarheit und Präzision.“

Weniger Druck durch Planbarkeit

Da am Projekt verschiedene internationale Werkzeuglieferanten beteiligt waren, mussten die Konstrukteure von Uniwheel unbedingt in der Lage sein, die Konstruktionsabsicht zu vermitteln. Dank NX und der direkten Übertragung von CAD-Dateien (Computer-Aided Design) war eine klare und konstruktive Diskussion über die Werkzeuge und den Fertigungsprozess möglich. Für die Weiterentwicklung der Leuchten wurde nur eine Werkzeugerprobung durchgeführt. „Dank NX waren wir von Anfang an zuversichtlich”, berichtet Milton. „Wir wussten, dass wir durch das Prüfen aller Komponenten in NX von unseren Lieferanten nicht allzu viele Fragen zu erwarten hatten.“

Da das Uniwheel-Team mithilfe von NX die Zusammenführung aller Konstruktionselemente optimierte, konnte das Gesamtgewicht um etwa ein Kilo verringert werden, sodass das Einrad weniger als 12 Kilo wiegt. Eine Errungenschaft, die eine Patentierung des Motorgehäuses zur Folge hatte. Das Team war außerdem in der Lage, die Schraubenbohrungen im Hauptgehäuse zu verbergen, während eine absolut einfache Montage gewährleistet wurde. Ein fertiges Produkt lässt sich in nur einer Stunde in der Londoner Forschungs- und Entwicklungsabteilung zusammenbauen. So wurden rechtzeitig im Dezember 2015 die ersten fertiggestellten Einräder auf den Markt gebracht – gerade einmal sieben Monate nach der ersten Idee.

Für das Konstrukteursteam von Uniwheel waren vor allem die Zuverlässigkeit und Stabilität von NX von entscheidender Bedeutung. „Durch meine bisherigen Erfahrungen wusste ich, dass NX stabil und absolut berechenbar ist. Also wie geschaffen für unseren ehrgeizigen Zeitplan“, merkt Mark Kennell, Konstrukteur, an.

„Ich habe bereits mit anderen Programmen gearbeitet, die zweimal am Tag abstürzen, was die Produktivität enorm beeinträchtigen kann, insbesondere wenn die Zeit drängt“, so Brown. „Mit NX gab es überhaupt keine Probleme.“

„NX ist ein Produkt, das den Branchenstandards entspricht, und wir sind ein Startup-Unternehmen. Doch ich weiß, wir hätten es ohne NX nicht geschafft“, ergänzt Eryk Sokolowski, Konstrukteur.

Das erste elektrische Einrad in Großbritannien

Mit einem 16-Zoll-Rad und einem Motor mit 1.500 Watt, der automatisch stoppt, wenn der Benutzer absteigt, kommt das Uniwheel problemlos mit Bodenwellen und Kurven zurecht. Doch das komfortable Fahren auf einem Einrad erfordert ein wenig Übung. „Am schwierigsten ist es, wenn die Geschwindigkeit unter 11 bzw. 13 km/h liegt, sodass man sich nicht auf den Schwung für das Seitengleichgewicht verlassen kann“, meint Steve Milton, Leiter und Geschäftsführer von Uniwheel. „Allerdings sehen wir die Lernerfahrung als coole und wesentliche Herausforderung für potenzielle Kunden.“

Das in Großbritannien entwickelte und produzierte Uniwheel wurde ergonomisch an die Form des Unterschenkels angepasst und ermöglicht bis zu 90 Minuten entspanntes Cruisen. Es erreicht Geschwindigkeiten von maximal 19 km/h, hat eine Reichweite von bis zu 14 Kilometern und ist in nur einer Stunde vollständig aufgeladen. Das Einrad verfügt über benutzerfreundliche Bedienelemente und lässt sich mithilfe farbenfroher Stoßfänger kundenspezifisch anpassen. Diese können bei Bedarf ausgewechselt werden, z. B. wenn sie durch den regelmäßigen Gebrauch verkratzt sind. Auch die Pedale lassen sich auswechseln.

Aufgrund des wachsenden Bedarfs an unterstütztem Individualverkehr denkt Uniwheel bereits über zukünftige Entwicklungen nach. „Da das Verhältnis der Performance zum Gewicht für uns ein kritischer Aspekt ist, planen wir, unser Potenzial mithilfe von NX für CAE auszubauen“, erklärt Milton.

Milton erinnert sich an das erste Jahr des Unternehmens: „Für uns ist die Zuverlässigkeit von NX sehr wichtig. Es war ein Startup mit einem ehrgeizigen Ziel und einem jungen Konstruktionsteam, das noch nie für ein Produkt von der Entwicklung bis zur Fertigung verantwortlich war. Doch ich wusste, dass uns NX von den ersten Skizzen auf Papier bis zum fertigen Produkt begleiten würde.“