Zu Besuch bei Nicolai So entsteht ein G1-EBOXX

Nicolai – die Historie

„Das müssen wir
besser machen!“

Seit 25 Jahren hat sich die Nicolai GmbH zur Aufgabe gemacht, hochwertige Bikes am eigenen Standort zu fertigen. 1996 war man bei Nicolai unzufrieden mit der Qualität eines Lohnfertigers und man sagte sich: „Das müssen wir besser machen!“

Die CNC-Bearbeitung von komplexen Aluminiumbauteilen aus 7000er Aluminium im eigenen Haus versetzt Nicolai in die Lage, beste Produkte zu fertigen. Ähnlich dem Flugzeugbau verwendet man hier Aluminiumblöcke, die dann von allen Seiten befräst werden, um sehr stabile und dauerhaltbare, aber auch optisch ansprechende Bauteile zu erschaffen. Alle Bauteile werden digital im CAD System konstruiert, topologieoptimiert und FEM berechnet. Somit können leichtere und steifere Strukturen entwickelt werden. In den letzten 25 Jahren hat sich viel auf dem Gebiet der Digitalisierung getan, dennoch bleibt das wichtigste Werkzeug eines Bike-Ingenieurs die Erfahrung mit verschiedenen Bikes auf dem Trail.

In den letzten Jahren wurde das Team von Nicolai oft gefragt, warum man keine Rahmen aus Carbon anbietet. Die Antwort auf diese Frage findet sich in der Firmenphilosophie – Nicolai möchte hochwertige, robuste, langlebige und recyclebare Bikes produzieren. Bikes, die sorglos einen Sturz verkraften, ohne dass verdeckte Beschädigung in irgendwelchen Laminatschichten auftreten. Diese Bikes baut man nunmehr seit 25 Jahren aus bestem 7000er Aluminium.

Seit über 10 Jahren beschäftigt sich Nicolai auch mit dem Thema E-Bike. Mit eigenen Produkten oder mit Ingenieurdienstleistungen auf dem Gebiet der Elektromobilität hat man sich hier ein zweites Standbein aufgebaut. Im folgenden nehmen wir Euch mit auf eine Tour durch die heiligen Hallen von Nicolai und zeigen euch wie das neues G1-EBOXX E-Bike entsteht.

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Entwicklung/CAD

Die Entwicklung von neuen Produkten ist bei Nicolai keinem geplanten Produktzyklus geschuldet und findet auch nicht statisch am Schreibtisch eines Konstrukteurs statt. Die meisten neuen Produkte entstehen durch Feedback von Testfahrern, Feedback von Kunden, technischen Neuerungen im Fertigungsprozess oder durch Produktneuheiten.

Im Falle des G1-EBOXX waren es maßgeblich die Produktneuheiten aus dem Hause Bosch welche eine neue Konstruktion des E-Bikes angestoßen haben. Mit 2,9 kg gehört der Motor zu den Leichtgewichtigen und mit 75 Nm Drehmoment gehört er ebenfalls zu den stärksten Motoren. Hier findet ihr weitere Informationen zum Bosch Performance CX Gen4.
Für den Laien klingt es im ersten Moment vielleicht trivial ein bestehendes E-Bike auf einen neuen Motor umzukonstruieren. Natürlich hätte durch eine Änderung an der Motoraufnahme und die Ausfräsung der Akkuhalterung im Unterrohr die neue Motorkompatibilität herstellen können, aber der Anspruch von Nicolai ist ein anderer. Bei E-MTB´s ist die gute Systemintegration des Motors und des Akkus das zentrale Ziel. Die Integration umfasst nicht nur den Bauraum der Komponenten sondern auch den Schutz der Komponenten vor Umwelt- und Fahreinflüssen sowie das Geräusch und Wärmemanagement.
Anspruch ist ein E-MTB auf dem aktuellen Stand der Motorentechnik mit der Geolution-Geometrie, einem sehr guten Fahrwerk und mit dem langlebigen Gates-Antrieb zu erschaffen.

Nachdem das Lastenheft für das neue G1-EBOXX E-Bike geschrieben war und ein Konzept erstellt wurde, begann die Arbeit von Kalle Nicolai, Philipp Hildebrand und Jens Miller am Computer mit dem CAD System. Die Konstruktion beginnt mit der Berechnung der Geometrie und der Kinematik des E-Bikes. Weitere Schritte sind die Konstruktion der Bauteile durch FEM-Topologieoptimierung, die Überprüfung der Fertigbarkeit, die Kompatibilität der Baugruppen und die Montagefähigkeit des Komplettrades.

Material

Der Beginn der spanenden Bauteilfertigung ist die Materialbereitstellung in der Produktion. Für die verschiedenen Bauteile stehen rechteckige oder runde Strangpressprofile und Materialzuschnitte aus den unterschiedlichsten 7000er Aluminiumlegierungen zur Verfügung. Für einige Bauteile werden auch Spezialprofile angefertigt um das Spanvolumen bei der Produktion zu reduzieren.

Nicolai verwendet für seine Rahmen die Legierung 7020-T6 (AlZn4,5Mg1). Im Vergleich zu den Mitbewerbern, die meist Aluminium 6061-T6 verwenden, weist diese Sorte sehr viel bessere Festigkeitswerte auf. Die Zugfestigkeit von 7020er gegenüber dem 6061er Aluminium ist rund um ein Drittel höher. Die Elastizitätsgrenze ist rund ein Fünftel höher. Diese Eigenschaften gepaart mit hochwertiger Schweißbearbeitung lassen einen Fahrradrahmen entstehen, der in Bezug auf Dauerhaltbarkeit dem Durchschnitt weit überlegen ist. Im Vergleich zu Carbon ist Aluminium sehr viel robuster und zäher, so daß Aufsetzen, Stürze oder Steinschläge der Struktur nichts anhaben können.

Maschinenpark

An der Maschine trifft die Materialbeschaffung auf die CNC Programmierung. Das programmierte Bauteil wird vom Computer auf die Maschine geladen, die nötigen Werkzeuge werden in die Maschine eingebaut und das Bauteil wird eingefahren.
Beim „Einfahren“ wird ein erstes Bauteil Schritt für Schritt vom Bjarne Plate und Elias Neubauer produziert. Dabei werden die Werkzeuge vermessen, die Toleranzen überprüft und die Serienfertigung sichergestellt. Nach dem Einfahren kann das Bauteil auf der Maschine in hoher Stückzahl produziert werden. In der Produktionsstätte in Mehle befinden sich diverse Fräs- und Drehmaschinen. Neben 3-, 4- und 5-Achs CNC Fräszentren stehen auch konventionelle Drehbänke.

Motoraufnahme

Das zentrales Bauteil des neuen G1-EBOXX Rahmens ist die neu konstruierte Motoraufnahme. Das Bauteil wird auf einem Brother 4-Achs-Fräszentrum in vier Aufspannungen gefertigt.

Rahmenzuschnitt

Nachdem alle Frästeile gefertigt wurden, kann Daniel Trantow den Zuschnitt des Rahmens beginnen. Für jeden Rahmen wird zunächst eine Rahmenlehre angefertigt welche die Geometrie der CAD Zeichnung abbildet. Im folgenden werden die Rohre händisch oder mittels CNC Maschine zugeschnitten und in die Rahmenlehre eingebaut. Der Rahmen wird geheftet und aus der Lehre genommen. Beim Heften werden die Rohre durch kleine schmale Schweißnähte zusammengefügt.

Schweißen

NICOLAI Rahmen haben eine eigenständige Optik. Neben der puristischen und zeitlosen Rahmenform mit geraden Rohren und feinen Frästeilen erkennt man einen Nicolai-Rahmen direkt beim Anblick der Schweißnaht. Die Schweißnähte sind sehr flach geschweißt um die optimalen Kraftfluss zwischen den Bauteilen zu erreichen und die Kerbwirkungen zu minimieren.

Pulverbeschichtung

Nach dem Schweißen und dem Warmauslagern wird der Rahmen von Stephan Wickenhäuser und Martin Krause für die Beschichtung vorbereitet. Nicolai bietet drei verschiedenen Beschichtungen an. Neben einer Pulverbeschichtung und einer Eloxierung können die Rahmen auch „Factory Raw“, also roh ausgeliefert werden. G1-EBOXX Rahmen werden standardmäßig in einer schwarzen Pulverbeschichtung angeboten. Damit die Farbe der Pulverbeschichtung haftet müssen die Rahmen fettfrei und trocken sein.

Bei der Pulverbeschichtung wird positiv geladenes Kunststoffpulver mittels Pulverpistole über den negativ geladenen Bauteilen verteilt und anschließend in einem Ofen geschmolzen und ausgehärtet. Dadurch entsteht eine robuste und schlagfeste Kunststoffbeschichtung. Es ist wichtig, dass Funktionsflächen wie Lagerpassungen oder Gewinde frei vom Kunststoffpulver gehalten werden. Dies wird mit 3D- gedruckten Bauteilen realisiert, die in die Lagerpassungen eingesteckt werden.

Montage

Am Ende der Produktion steht die Montage des Rahmens und des Komplettrades. In der Montage fließen alle Produktionsschritte zusammen. Der beschichtete Hauptrahmen, die Schwinge und die Druckstreben werden von Claus Papendorf und Jens Kienlin mit Kugellagern bestückt und mit den farbig eloxierten Anbauteilen komplettiert. Da jeder Rahmen von Nicolai oder jedes Komplettrad auf Kundenwunsch gefertigt wird ist die Dokumentation der Sonderwünsche und der verschiedenen Ausstattungsvarianten wichtig. Abgeschlossen wird der Produktionsschritt mit der Optischen und Technischen Kontrolle des Rahmens und der finalen Abnahme durch einen zweiten Mann (4-Augen Prinzip).

Es ist vollbracht: Das G1-EBOXX 2020 mit BOSCH Gen 4 Motor. Bei Nicolai wurde nicht einfach ein Bosch CX Motor von der Stange genommen und in einen Rahmen eingeschraubt, sondern echte Produktintegration betrieben. Der Motor wird von unten durch ein Aluminium-Schmiedeteil vor Beschädigungen geschützt. Seitlich und von vorn wird der Motor durch eigene Kunststoffteile so geschützt, dass Luft dennoch zirkulieren kann. Diese neu entwickelte Luftführung sorgt am neuen Nicolai G1-EBOXX dafür, dass dem Motor leise arbeitet und auch bei langen Anstiegen nicht zu heiss wird. Auch auf der Akkuseite kann das neue System mit 25% mehr Reichweite punkten. Dieser 625Wh Bosch PowerTube-Akku kann von unten in das Nicolai G1-EBOXX eingerastet werden. Der komplett neu konstruierte Rahmen ist modular aufgebaut und kann mit 27,5 oder 29 Zoll Laufrädern aufgebaut werden. Die Anpassung geschieht durch den Steuersatz und unterschiedliche Einschraub-Elemente, die bei uns Mutatoren genannt werden. Die runden Rohre aus hochfesten 7020er Aluminium unterstreichen die klassische Nicolai Optik.

Wie der Rundgang gezeigt hat, ist das Nicolai G1-EBOXX kein Standard-E-MTB aus asiatischer Massenproduktion, sondern ein edles, auf die Kundenwünsche abgestimmtes, High-End-Produkt. Mit 150 kg maximaler Zuladung und 5 Rahmenhöhen wird jeder Kunde ein Nicolai für seine Bedürfnisse finden können.

Gerne könnt Ihr Nicolai an ihrem Standort in Mehle besuchen, eine Testfahrt unternehmen und euch selbst ein Bild der Produktion machen. Kontaktiert die Jungs, damit ihr gemeinsam einen passenden Termin findet.

Wie findet ihr eigentlich das Nicolai G1-EBOXX mit Gates-Riemen und dem Bosch Performance CX?