2KW-Runner - Bastelrobi 2020/12

Nach zahlreichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren hier das erste echte "elektrische" Konzept:
48km/h schnell, scheibengebremst, 2-teilige Alufelge hinten, mit Sackkarrenrädern 260x85mm und 2 fetten 88Ah Starterbatterien. - und ohne TÜV:-(
Gedacht ist der Rahmen als universales Testfahrzeug für div. Elektromotore. Es ist aber immer noch der erste Motor drin.
Auf den Rädern steht was von: "No Highway Use" Gut das es diese Highways nur in den USA gibt.
Angetrieben von einen Bosch-Motor (Reihenschluss-Gleichstrom) aus einem Gabelstapler! Dieser wiegt allein 20kg, leistet bei 24V 2000Watt (fast 3PS) und erzeugt einen Nennstrom von ca. 90A. Der Spitzen-Beschleunigungs-Strom liegt auch schon mal schnell über 200A!!!
(Zum Vergleich: Eine Waschmaschine, die die Steckdose daheim bis auf das max. mögliche belastet, zieht "nur" 16A)
Der einfache Elektroniker, für den 16A im Sicherungskasten schon viel sind, wird hier richtig gefordert. Hier kann man nicht einfach ein 1,5qmm Kabel verlegen, ein "Poti" dran tüddeln" oder mal eben einen Schalter einbauen der dann 200A Spitzenströme verkraften muss. Dieser würde dann sicher auch bei dem ersten Einschalten fest brennen.
Mit einem Spannungsregler kommen wir hier nicht weiter: Dieser müsste dann wenn er z.B. von 24V Batteriespannung die Motorspannung auf 12V reduziert, aber in Reihe zum Verbraucher sitzt, den gleichen Strom wie der Motor mal die Teilspannung die am Regler abfällt, also bei diesem Beispiel 45A x 12V = 540Watt in Wärme umsetzen!! Das ist für einen Halbleiter sehr viel. Solch einen Regler muss man erst einmal finden (sofern es den überhaupt gibt) und dann auch noch bezahlen können. Die Kühlfläche wär außerdem astronomisch groß. Diese Art von Drehzahlsteuerung gehört eher in den Bereich der Modelleisenbahn.
Bei diesen großen Strömen kommt, wie auch im Stapler, nur eine Impuls-Breiten-Steuerung (PWM) in Frage. Diese "pulst" in einer hohen Frequenz mit veränderbarer Impulsdauer die volle Batteriespannung auf den Motor. Das aber immer nur für ein Bruchteil einer Sekunde. Je nach Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit dreht der Motor dann schneller oder langsamer bis hin zur Höchstdrehzahl bei 100% Einschaltzeit. So lässt sich eine sehr feinfühlige Steuerung realisieren.
Die PowerMosFet´s in der Endstufe haben zu dem voll durchgesteuert, einen sehr geringen Durchgangswiderstand von nur 0,009Ohm. Dieser Wert ist besser als der eines Schalter und bedeutet bei dem Durchgangsstrom vom oberen Beispiel (45A) eine Teilspannung von nur 0,405V (U=IxR). Die Verlustleistung liegt somit nur bei 18,23Watt (P=UxI).

Ich bin in einem alten Conrad Katalog von 1991 über eine solche Steuerung für Modellbau Segelflieger gestolpert, die ihre Modelle mit Seilwinden hochziehen, welche anscheinend gerne mit alten Autoanlassern (ca.800W) betrieben werden.
Dieser Bausatz, noch mit Si-Transistoren im TO3 Gehäuse, sollte 80A verpacken können. Daraufhin habe ich bei Conrad die Unterlagen angefordert und welche für den Nachfolgebausatz (1993) bekommen. Dieser, dann schon mit PowerMosFet´s, kann max. 220A Dauerstrom verkraften. Die Steuerung war aber nicht mehr zu bestellen und ich hab sie mir in Kleinarbeit selber nachgebaut.
Auf der Endstufe sitzen 2 Stück BUK 416 (STE108) von denen jeder 150A (180A) bei max. 100V Sperrspannung verkraften kann (Stk.50€!). Hier wird dann nix mehr gelötet, sondern muss mit Kupferschienen verschraubt werden. Für den Hauptstrom hab ich  25qmm Kabel verwendet.
Das ist bei diesen Strömen eigentlich zu klein aber mechanisch noch gut zu verlegen und anzuschließen.
Nach dem Hauptschalter sitzt eine 100A Sicherung und dann ein Shunt zur Messung des Stroms. Der so gewonnene Messwert wird am vorne angebrachten Amperemeter bis 199,9A angezeigt.
Nach den ersten Testfahrten bekamen der Motor und der Kühlkörper der Endstufe einen Lüfter. Da der Motor im Stapler wesendlich stärker untersetzt ist sind die Stromspitzen nicht so hoch und kurzzeitiger sind.
Der Rahen besteht aus Vierkantrohren und hat vorne einen Steuerkopf eines Fahrrades bekommen. Die Sitzbank einer Vespa deckt zugeklappt zugleich die Elektrik ab.

Da die verbaute Scheibenbremse eines TPH-Rollers kernig zubeißt (bei ca.100Kg Fahrzeuggewicht auch erforderlich!) musste eine stabile kraftschlüssige Verbindung von der Achse über die Felge auf den Hinterreifen erfolgen. Dafür hab ich dann das Hinterrad des " First-E-Rider" wieder verwendet.

Der Bremshebel am Lenker betätigt über Seilzug eine Bremspumpe hinter dem Motor die die Bremsflüssigkeit zum Bremssattel drückt. Also halbhydraulisch. Um die Drehbewegung des Mopedgasgriffes in ein ein elektrisches Signal umzusetzen habe ich auf die Achse des Potentiometers ein PVC Schlauch aufgeschoben wo eine federbelastete Maurerschnur in Verlängerung des Gaszuges gewickelt wurde. Der Seilweg von 0 bis Vollgas entsprach nach der Vergrößerung des Umfanges der Potiachse per PVC Schlauch nun exakt den 270 Grad Verstellweg des Potis.

Jeder der mit dem Ding gefahren ist oder es flitzen sieht ist begeistern:
Bis auf die Kette geräuschlos, schnell und kräftig.
Durch den kurzfristigen erhöhten Anfahrstrom erhöht sich ja auch die abgegebene Nennleistung des Motors. Wir erinnern uns: P=UxI: 24V x 200A = 4800Watt (cos.phi mal vernachlässigt)
Mit steigender Drehzahl des Motors erhöht sich auch der Innenwiederstand des Motors sodas der Strom und auch die Nennleistung sinkt. So pendelt sich je nach Roll/Windwiderstand und Übersetzung auch automatisch die Höchstgeschwindigkeit ein.
Bei 48Km/h hab ich einen Nennstrom von ca. 68A. Würde ich nun nur einmal anfahren sollte das bei vollen 88Ah Batterien ca. einer Stunde Fahrzeit entsprechen bzw. ca. 48Km Reichweite. Aufgrund der aktuellen Gesetzeslage laut StVO und StVZO wird es aber leider ein Geheimnis bleiben...